H 型构件水泥土搅拌墙质量控制及改进措施

田小明（上海宝钢工程咨询有限公司， 上海 201900）

1 工程概况和特点

某项目附建式人防地下室基坑围护工程，基坑开挖面积 5 957 m2，基坑周长 535 m，基坑开挖深度 5.75 m～ 6.95 m，局部电梯井和集水井处落深开挖深度为 6.75 m～ 7.65 m。基坑安全等级为三级，环境保护等级为二级。基坑支护结构体系选择在连续套接的 Ф850@600 mm 三轴水泥土搅拌桩内，沉入 H650×300@600 mm 强度等级 C50 预制钢筋混凝土 H 型构件，形成复合水泥土搅拌墙挡土截水结构。

该基坑工程周边环境复杂，平面布置不规则，场地狭窄，地下水位较高；周边建筑物、道路和给水、污水、雨水、电力、天然气、电信光缆等管线与基坑间距较近。考虑到施工场地机械回转条件、基坑的使用要求等因素，如果选用可回收重复使用的 H 型钢，当拔起 H 型钢时，起重机械必须在地下室顶板占位，就要对地下室顶板采取加固措施，这会增加成本投入，也会影响工期效率，为此应用 H 型构件水泥土搅拌墙。其特点如下：构件由工厂定型化生产，没有现场切割、焊接工序，进场直接沉桩，无泥浆、弧光、噪声等污染，占用施工空间少，对周边环境影响小，施工速度快且效率高；应用单节长度 ≤18 m 的预制 H 型构件，单节重量在 4.7 t～5.3 t 之间，具有运输容易、起吊方便、成本较低的特点；施工时不受天气影响，可在雨天作业；因 H 型构件不再拔出回收，既不必涂装减摩剂、安排拔出后的空隙注浆填充等工序，也不必考虑起拔机械占位、起拔后对周边建构筑物的影响等问题。

该基坑的自然地面标高为－0.90 m，基坑支护结构围护墙H型构件顶标高为－1.05 m，构件长度分别为 14.75 m （底标高－15.80 m）和 13.25 m（底标高－14.30 m）。基坑支护体系设置一道钢筋混凝土强度等级为 C35 围檩支撑，围檩与 H 型构件桩顶端连接。

2 成品 H 型构件质量控制及改进措施

2.1 确定进场成品 H 型构件的质量检验标准

施工前，监理参照 JGJ/T 199—2010《型钢水泥土搅拌墙技术规程》和 DG/TJ08-61—2010《基坑工程技术规范》等相关条款规定，结合 H 型构件特征，分析进场成品 H 型构件质量控制要素和施工主要工序，明确进场成品 H 型构件外观和外形尺寸的质量检验标准，把好每一根进场成品 H 型构件的质量控制关。确定进场成品 H 型构件外观质量检验标准，如表 1 所示。

当 H 型构件材质和截面特征与 H 型钢存在差异，确定外形质量检验允许偏差时，H 型构件必须标识醒目唯一编码，以防施工时搞错不同位置的不同桩身长度。确定进场成品 H 型构件外形尺寸质量检验标准，如表 2 所示。

表 1 H 型构件外观质量检验标准

表 2 H 型构件外形尺寸质量检验标准

2.2 建议 H 型构件截面配筋、加装护边角钢等的改进措施

2.2.1 H 型构件截面配筋两侧一致

选用预应力钢筋混凝土 H 型围护桩预制构件，按照 2016 沪 G/T—507《混凝土 H 型围护桩构件图集》依据受力性能弯矩设计值，构件截面在迎坑面（坑内）的预应力钢筋规格数量，大于迎土面（坑外）的预应力钢筋规格数量；H 型构件除了桩尖和桩顶两端有区别以外，桩身外观截面统长一样，仅桩身长度不同。在成桩试验中发现，H 型构件沉桩定位偏差较大，相邻 H 型构件浮起纠偏困难，必须吊起 H 型构件重新定位和重新沉桩，导致 H 型构件上醒目标注的“迎土面”“迎坑面”标识被水泥土包裹污染而无法辨识，这将危及围护墙施工质量，留下安全隐患。为了解决现场作业时难以区分 H 型构件是迎土面配筋还是迎坑面配筋的问题，必须向有关单位提出调整建议，即对 H 型构件的迎土面和迎坑面的桩身配筋一致，从源头上避免了现场作业时对构件截面方向的判断错误，从而保障了围护墙的施工质量。

2.2.2 H 型构件两端四角加装护边角钢

施工过程中，运输、起吊过程作业对桩身桩顶或桩尖的磕损现象防护不当，造成 H 型构件外观质量缺陷，如混凝土保护层剥落、露筋、磕损深度≥10 mm 等。为了加强防护，监理向有关单位提出建议，要求 H 型构件在桩身两端 1 m 范围内加装四角护边角钢，避免在脱模、运输、起吊、驳运等过程中磕损桩身棱角。

2.2.3 部分 H 型构件预留测斜管安装孔

施工过程中，由于 H 型构件预制时未在桩身上设置预埋件或预留孔，因而在沉桩过程中不利于安装绑扎用于固定基坑监测的测斜管，后续将增加监测测斜管的钻孔安装工序。为此，监理向制作单位建议，在 H 型构件桩身中部腹板位置，每隔 3 m～4 m 预留 Ф30 mm 孔洞，用于绑扎固定测斜管；但不必每根桩身都设，应根据现场测斜管布置需求而定。

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2.3 进场成品H型构件质量控制措施

2.3.1 成品 H 型构件吊运、分类堆放防护措施

监理对每批次进场成品 H 型构件在起吊和分类放置等过程中进行检查，构件临时堆放场地预先压实平整，以确保满足构件堆放承载力的要求。起吊构件时，必须使用专用夹持器，并与桩身夹持部位尺寸相匹配，且保证足够的夹持长度，以免桩身夹持部位混凝土被夹碎或滑动。构件吊起后，必须保证构件垂直，在驳运过程中不变形；必须注意构件不擦碰地面等任何障碍物。堆放作业时，要求构件按吊钩朝上方向放置，严禁构件腹板平放起吊。构件短驳、起吊作业必须轻起吊、轻放置，要求每节桩身堆放必须设置垫块，以防构件滑动、倾斜，造成碰撞和失稳滚落等事故；禁止各桩身堆叠放置等，以免引起碰撞而造成损坏。为了避免叠放堆垛和减少驳运次数，要求每批次进场桩身节数与当天施工生产数量保持吻合。构件卸车临时堆放点与沉桩位置应保持一定的距离，应按照桩身分类编码和施工顺序进行安排，以满足沉桩时最短距离驳运的需要等，有效落实对构件驳运的防护措施。

2.3.2 成品 H 型构件外观和外形尺寸质量检验

监理组织有关单位按照明确的质量检验标准，共同对每段构件混凝土浇筑成型的密实性、整体性，每段构件混凝土表面颜色的一致性，以及缺陷点包括麻面漏浆、表面露筋、表面裂缝等进行检验和检查；对不符合质量检验标准要求的 H 型构件，如桩身和桩端受撞击损坏部位露筋超标的、桩身棱角磕碰而导致混凝土局部磕损体积≥64 cm2严重超标的、部分构件桩身损坏体积过大的、工厂自行修补后致局部混凝土色差严重的等，都要隔离其标识并剔除退场，直到确认达到外观质量、外形尺寸检验标准要求以后，方可进行 H 型构件围护墙施工，以消除危及基坑围护墙的质量隐患。

施工过程中，之所以重视对每根 H 型构件进行质量控制，将不合格构件剔除，是因为外观质量缺陷超标的 H 型构件会降低围护结构的承载能力。如果在打入前及时发现构件超标缺陷，就能避免其开挖受力后变形而影响围护结构的强度和刚度。换句话说，如果围护体局部质量达不到设计要求，或者局部一根 H 型构件受力变形，就会导致连为一体的围护结构出现薄弱点，从而影响整片围护体的抵抗土压力和水压力基坑支护体系功能，导致局部渗漏、垮塌等质量缺陷，进而引发安全隐患。

3 沉桩过程质量控制及改进措施

3.1 明确 H 型构件沉桩施工质量检验标准

施工之前，监理参照 JGJ/T 199—2010《型钢水泥土搅拌墙技术规程》第 6.2.7 条“型钢插入允许偏差”和 DG/TJ 08-61—2010《基坑工程技术规范》第 9.4.17 条“插入型钢的质量检测标准”等规定，结合 H 型构件的工厂定型制作和截面特点，明确 H 型构件不允许没有长度标识，确保不同桩位、不同长度不发生混淆；明确平行和垂直于基坑边线允许偏差，在沉入过程中必须采用可靠牢固的定位导向架，必须采取保证垂直度和标高的措施；明确定制钢筋专用定位夹，用于牢固连接已沉好的 H 型构件，并保证其固定间距。H 型构件施工质量检验标准，如表 3 所示。

表 3 H 型构件施工质量检验标准

3.2 建议调整水泥土搅拌桩水灰比

在施工开始阶段，当三轴搅拌桩施工完成后，在 10 min～ 20 min 内沉入 H 型构件，发现若利用H型构件自重沉入，则达不到设计标高；只有采取搅拌机头辅助措施下沉，才能达到设计标高。检查机械并经核查确认，水泥浆液配比有自动控制系统严格保证，浆液泵送量与搅拌下沉和提升速度、次数相匹配，未出现夹心层或断浆等异常情况。

基坑支护三轴水泥土搅拌桩深度在黏性土范围。参照 JGJ/T 199—2010《型钢水泥土搅拌墙技术规程》第 4.1.5 条和 DG/TJ08-61—2010《基坑工程技术规范》第 9.4.3 条，水泥用量和水灰比应结合土质条件和机械性能等指标通过现场试验确定，且应符合三轴水泥土搅拌桩材料用量和水灰比参考表的规定。对照该参考表，若土质条件为黏性土，单位被搅土体中的水泥用量≥360 kg/m3，则水灰比为 1.5～2.0；无论是依靠自重还是必要的辅助设备将构件插入到位，水灰比都应尽量取小值。

分析施工方案可知，浆液水灰比≤1.5，略偏小。原因在于预制混凝土 H 型构件表面干燥，吸水率较大，比采取减摩措施的 H 型钢摩阻力要大，构件自重沉入效果不佳。

为了保证 H 型构件自重沉入质量控制效果，监理向有关单位提出以下建议：将三轴水泥土搅拌桩水灰比调整为 1.5～2.0，并保证水泥用量的浆液配比。通过调整水灰比的现场试验，确定水灰比为 1.8～2.0，依靠 H 型构件自重沉入作业过程顺畅。经各有关单位共同确认，该参数作为指导三轴水泥土搅拌桩后续施工的依据。在严格保证水泥浆液灌入量的前提下，进行水泥土现场见证取样，经过 28 d 的标准养护龄期，水泥土无侧限抗压强度检测报告和现场钻芯取样桩身强度检测结果均显示 ＞ 0.8 MPa，满足设计要求。

3.3 H 型构件沉桩施工质量控制措施

施工过程中，按照共同确定的 H 型构件施工质量检验标准，着重控制 H 型构件标识，以及桩身的垂直度、标高和间距。监理组织有关单位检查测量等专业人员的有效持证情况，核查经纬仪、水准仪、钢尺和量角器等有效的年检校准证书，查证专用定位夹尺寸，明确工序质量检验项目、允许偏差、检查数量和检查控制方法，并向主要施工人员进行技术质量交底，形成《 H 型构件施工技术质量交底记录》。

H 型构件沉桩施工时，必须注意参照《型钢水泥土搅拌墙技术规程》第 5.4.3 条“严禁采用多次重复起吊型钢并松钩下落的插入方法”，结合 H 型构件截面特征，防止沉桩偏位歪斜，破坏围护桩身及基坑支护结构的完整性和连续性。H 型构件就位后，利用三轴搅拌机架定位装置进行控制，依靠构件自重沉入搅拌桩内；若光靠个别构件自重沉入达不到设计标高，则采取搅拌机头辅助构件下沉以达到设计标高。在 H 型构件沉入过程中，确保搅拌桩施工完成后 30 min 间隙时间内沉入 H 型构件，沉桩过程必须随时观察、及时调整，保证 H 型构件在平行与垂直基坑边线两个方向的定位误差和垂直度误差在允许范围内。

在三轴水泥土搅拌桩沟槽垂直和平行方向设置一组牢固的定位钢支架，用于固定 H 型构件施工沉入的具体平面位置与方向。定位钢支架必须准确固定，平面定位允许偏差平行基坑边线 50 mm 和垂直基坑边线 10 mm，并校正其水平度；将 H 型构件顶部中心对准桩位中心并沿定位钢支架，同步使用经纬仪或线锤控制 H 型构件沉入的垂直度。验证达到垂直度标准要求后，H 型构件徐徐垂直沉入水泥土搅拌桩内，利用事先标记好的标识，复核控制 H 型构件的桩顶标高。

4 结 语

为了保证 H 型构件水泥土搅拌墙的工程质量，监理协调明确 H 型构件的外观质量、外形尺寸的质量检验标准和施工质量检验标准，有效控制了构件的外观质量、外形尺寸和施工质量。在实施过程中，监理针对 H 型构件截面配筋、预留测斜管安装孔、两端四角加装护边角钢等提出了改进措施并得到响应，使得有关单位从制作、运输、堆放等源头落实改进桩身的防护措施，确保有效控制 H 型构件的质量，并符合业主方成本和工期的需求。在 H 型构件沉桩过程中，通过落实质量控制和水泥土搅拌桩水灰比调整等改进措施，顺利实现了预期目标，取得了良好的施工效果。