三轴深层搅拌桩加固南京地铁车站槽壁应用研究

刘建国，杨云飞，朱军，常海燕，江竹，梅源

（1.中国中铁七局集团第三工程有限公司，陕西 西安 710032；2.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055）

0 前言

地下连续墙由于其抗渗性好、强度高、适宜城市施工等优点而得到了广泛应用，而槽孔的坍塌问题一直困扰着地下连续墙的施工和墙体质量的保证。南京河西地区为淤泥质软土地层，土体强度低，压缩性高，地下水位高，地质条件差，在该地区进行地下连续墙成槽施工时槽孔坍塌危险系数高。为了保证成槽施工顺利进行及成槽质量，需对槽壁土体采取加固措施，改善其工程性质。

本文依托三轴搅拌桩工程实例，通过论述三轴深层搅拌桩软土加固原理、特点，介绍背景工程中三轴深层搅拌桩施工作业，加固效果检测，探讨了三轴深层搅拌桩加固技术在淤泥质软土地层的实际应用，为类似工程施工提供借鉴。

1 工程概况

1.1 工程概述

南京地铁省第二中医院站位于南湖路与集庆门大街十字南侧，沿南湖路南北向敷设。车站结构总宽度为19.7m；围护结构采用800mm厚地连墙（不入岩），墙底进入基坑底30m，总长48m；地连墙成槽防塌加固采用φ850@600三轴搅拌桩加固，加固深度坑外为从地面至坑底以下2m，坑内为从地面至坑底以下3m。导墙范围内土层水泥掺量为7%，其余水泥掺量18%，车站扩大端桩长为19.85m，标准段桩长为18.84m。

1.2 水文地质条件

1.2.1 地层构成及特征

省第二中医院站处于长江漫滩区，基坑开挖土层为①-1杂填土、①-2素填土、②-2b4粉质粘土、②-3b3-4粉质粘土，淤泥质粉质粘土、②-4b3粉质粘土、②-4d2粉质粘土，②-3b3-4粉质粘土，淤泥质粉质粘土。主要为填土及软弱粘性土,低强度、高压缩性，对坑壁稳定和结构受力不利，工程性质差。

图1 省第二中医院站地质剖面图

1.2.2 场地水文特征

省第二中医院站开挖地层依次为：①-1杂填土、①-2素填土、②-2b4淤泥质粉质黏土、②-3b3-4粉质黏土、淤泥质粉质黏土，②-4b3d粉质黏土夹粉砂，车站结构位主要位于淤泥质粉质黏土地层。车站区域地下水位埋深1.25m～3.20m，车站主体结构底板位于地下水位下15.54m。

1.2.3 地下水对施工的影响

本工区省第二中医院站拟建场地地下水丰富，有潜水及承压水，含水层厚度较大，对施工影响很大。归纳起来地下水对车站的主要影响分两个方面：

①潜水对施工的影响

施工中的降排水会带走土颗粒，导致挖掘面失稳；止水措施不到位，采用降低地下水位方法时会形成周围地层压密、沉降，造成地表沉降危及道路下管线使用安全和周边地面建（构）筑物安全。

②承压水对施工的影响

较高的承压水水头会影响坑底土层的稳定。承压水突涌造成的坑底土层破坏危及周边建筑及施工人员的生命安全。同时，涌水严重影响施工安全、质量与进度。

2 三轴深层搅拌桩加固施工

2.1 三轴深层搅拌桩机理及特点

深层水泥土搅拌桩是以水泥为固化剂的主剂，通过专门的深层搅拌机械，将固化剂和被加固地基土强制拌和，通过水化反应等使之硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。

深层搅拌桩具有以下优点：①对软土地基加固后承载力有显著提高；②可以灵活采用柱状、块状等多种加固形式；③充分利用原状土，形成复合地基土；④环境影响小，对周围土体扰动少，不会造成软土的侧向土体挤出；⑤工艺简单，便于机械施工；⑥成本较低，适用于富水地层的软土加固。

2.2 三轴深层搅拌桩施工流程及操作要点

2.2.1 深层搅拌桩工艺参数

影响深层水泥土搅拌桩强度及抗渗性能的主要因素有：水泥掺量、下钻及提钻速度、搅拌转速、土层性质，施工中需加强各主要施工参数的控制，使桩体强度和抗渗性满足要求，从而保证车站围护结构施工过程中地层稳定性。

经过现场试桩，确定主要工艺参数（水灰比、水泥用量、下钻速度、提升速度），如表1所示。

2.2.2 三轴深层搅拌桩工艺流程（见图2）

图2 三轴深层搅拌桩加固施工工艺流程图

2.2.3 三轴深层搅拌桩施工要点

①测量放样

根据业主提供坐标基准点、设计图纸测放出桩位控制线(为确保建筑限界及内衬墙厚度，围护结构外放15cm)，设立临时控制桩，做好技术复核单。施工前，根据三轴搅拌机的定位线上测量桩中心位置，桩位与设计图纸偏差以不得大于5cm为准。

②沟槽开挖

开挖前，及时探测并清理桩中心线附近地面及地下的障碍物，回填整平地面并压实。沿桩中心线采用挖掘机开挖沟槽，沟槽尺寸为1000×1000mm，并清除地下障碍物，开挖沟槽土体应及时处理。导沟的作用不仅在于引导钻机，还能在钻机吹气将土置换上来时，及时清理置换土，避免污染工作面。

③三轴搅拌桩桩机就位

桩机钻机支座处加设钢板，保证钻机沿放定位线平稳移动，确保桩位准确性。钻机就位后，利用全站仪或线锤进行垂吊观测以确保钻机的垂直度；搅拌桩桩位定位偏差应小于50mm。成桩后桩径偏差不得超过0.04D，桩身垂直度偏差不得超过1/200。

④预搅下沉

搅拌桩机钻杆下沉到加固桩设计桩顶标高时，开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，按小于0.5m/min的速度下沉搅拌头，边注浆边搅拌边下沉，使水泥浆和原地基土充分拌和，通过观测钻杆上桩长标记，待达到桩底设计标高。

⑤浆液制备

为确保三轴搅拌桩有足够强度和隔水性，严格按表1工艺参数制备水泥浆液。水泥浆的制备须有充分时间，要求＞3 min，以保证搅拌均匀性。

三轴搅拌桩加固施工主要参数表 表1

水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2h，因故搁置超过2h以上的拌制浆液，应作废浆处理，严禁再用。搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过12h。注浆时通过2台注浆泵2条管路同Y型接头在H口进行混合，注浆压力与注浆流量可参考上述表1项技术参数。

⑥喷浆搅拌提升

钻掘搅拌机下沉到设计深度后，稍上提10cm，再开启灰浆泵，边喷浆、边旋转搅拌钻头，泵送必须连续。同时严格按照设计确定提升速度，喷浆量及搅拌深度,钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液。

⑦桩位打设顺序

车站基坑外侧（迎土侧）三轴搅拌桩施工顺序采用跳打施工方式，其中阴影部分为搭接部分，以保证加固体的连续性和接头的施工质量。外侧三轴搅拌桩施工按下图顺序进行：

图3 基坑外侧桩位施工顺序（单位：mm）

车站基坑内侧三轴搅拌桩施工顺序采用跳孔施工方式，搭接长度不小于250mm，以保证加固体接头的施工质量。内侧三轴搅拌桩施工按下图顺序进行。

图4 基坑内侧桩位施工顺序（单位：mm）

3 深层三轴搅拌桩施工质控措施

工程实例所在地区软土强度低，高流变性使其在地下连续墙成槽、基坑开挖支护等施工过程中极易因土体卸荷、施工荷载等因素的扰动，引起很大土体变形，进而导致周边建筑及管线破坏，基坑自身围护结构产生大变形甚至破坏。所以深层三轴搅拌桩施工质量直接影响后续施工的安全性，必须采取必要质控措施来确保深层三轴搅拌桩成桩质量。

①成桩施工技术标准（表2）。

②施工前确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间。

③施工时用流量泵控制输浆速度，严格控制搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围内每一深度得以充分搅拌，确保桩身强度和均匀性，确保注浆泵出口压力保持稳定，并使搅拌提升速度与输浆速度同步进行。

成桩施工技术标准 表2

④浆液不能发生离析，水泥浆液应严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30秒再倒入存浆桶。压浆阶段输浆管道不能堵塞，不允许发生断浆现象，全桩须注浆均匀，不得发生土浆夹心层。

⑤严格控制喷浆提升速度的均匀性，保证搅拌均匀。确保桩身垂直度，其偏差小于0.5%。

⑥经常检查搅拌头及钻头磨损情况，发现问题及时更换或修补，以确保搅拌桩直径≧Ф850。

4 三轴深层搅拌桩加固效果

对水泥土深层搅拌桩成桩情况按照《建筑地基处理技术设计规范》（JGJ 79-2002）进行检验检测,检测取样随机原则由建设单位、监理单位和检测单位共同选定。本工程三轴深层水泥土搅拌桩成桩质量检测方法采取钻芯取样检测试验，对已完成桩体进行桩身均匀性、芯样抗压强度、桩长判定等三项指标进行检测，检测结果见表3～表5。

桩身均匀性检测结果 表3

桩长判定检测结果 表4

5 结语

在背景工程中，通过确定合理的三轴深层搅拌桩工艺参数，严格按照确定参数进行规范化施工，采用以水泥为主要固化剂同被加固软土强制搅拌，硬凝后形成的水泥土深层搅拌桩成桩质量符合设计要求,可以有效地改善地层的工程特性。同时水泥土深层搅拌桩具有施工设备简单,速度快,环境影响小,工程造价相对较低,对工程要求的适应性强等特点,是一种值得在我国东部沿江平原软土地区应用的土体加固方法。

桩身水泥土抗压强度检测结果 表5