浅析水泥搅拌桩与土钉墙组合支护施工技术

（福建省闽宇建设工程有限公司，福建 泉州 362000）

1 工程概况

泉州市第十中学教学综合楼项目位于泉州市丰泽区明湖路东侧，地上总建筑面积5518.21m2，地上8层，地下室为1层，建筑总高度为29.95m，建筑耐火等级为二级，结构体系为现浇混凝土框架结构，建筑结构的安全等级为二级。基坑北侧为5层框架结构的已建教学楼，距离基坑约4m，南侧为7层框架结构的已建的小学教学楼，距离基坑约4.8m，西南侧为污水池，距离基坑约8m，东侧和西侧均为空地。基坑内未发现地下管线，基坑四周未发现市政管道和通讯光缆。基坑开挖深度为5.25～6.13m，基坑支护方式为水泥搅拌桩与锚管土钉墙结合，水泥搅拌桩双排直线布置，桩径为550mm，桩长为10m，桩距为400mm。锚管长度为7.5m，间距为1.3m，规格为φ48mm×3.5mm钢管，钢筋采用直径为6mm的圆钢，布置间距为250mm×250mm，挂网后喷射细石混凝土，混凝土强度为C20。

2 地质与水文情况

拟建场地的地质情况由上而下分别揭示如下：①素填土，欠固结，结构松散，层厚0.50～1.90m；②粉质粘土，局部夹杂少量粗砂，层厚1.30～2.50m；③淤泥，强度低，呈流塑～软塑状态，属于高压缩性土，层厚3.70～5.30m；④粉质粘土，局部混有中粗砂，为硬塑状态，层厚1.10～3.50m；⑤中粗砂，局部夹杂少量的粘性土，呈密实状态，层厚2.50～3.10m；⑥全风化花岗岩，层厚3.10～14.50m，勘探孔揭示存在厚度约为2m的孤石，岩质为中风化花岗岩；⑦碎块状强风化花岗岩，层厚5.80～13.10m；⑧中风化花岗岩，层厚4.20～7.10m。

地下水位埋深为3.30～4.60m，地下水主要来自大气降水和周边土层的侧向补给。

3 水泥搅拌桩与土钉墙组合支护作用原理

当搅拌头钻至设计高程时，将制备好的水泥浆通过加压泵输送到搅拌头的喷嘴向软土层喷浆，使得水泥浆充满周边土体，接着边搅拌边提升，软土与水泥浆发生化学反应形成水泥土固结体，在固结过程中对桩间土进行挤压密实，软基经过水泥搅拌桩加固处理后使得地基承载力得到提高。在基坑支护结构，水泥搅拌桩通过搭接咬合形成完整的止水帷幕，从而对基坑外的土体起到抵挡作用[1]。土钉墙是采用锚杆机钻孔后将锚管打入土体中，将水泥浆液高压注入锚管中，将锚管内腔及周边土体缝隙注满水泥浆从而形成复合型土体，锚管起到加筋的作用，从而达到类似挡土墙的功效。水泥搅拌桩通过连续咬合布置后形成水泥土墙，其抗剪强度比软土高出一个数量级，能够保证开挖面的自稳性，起到预加固开挖面的作用，在坡脚位置可以减少土钉墙剪应力集中程度，有效地约束坡脚土体变形[2]。水泥搅拌桩传力较为直接，将土体开挖后产生的应力向上传递给土钉墙和向下传递给未开挖土体，能够较好的协调土钉墙的内力分配，从而约束土体变形，减少复合支护体系的总变形量，扩大滑移面的半径，减小坡顶塑性区和拉张区的范围，从而保证基坑的稳定性。

4 水泥搅拌桩施工技术

4.1 施工技术准备

水泥搅拌桩施工前，项目部应组织施工管理人员熟悉施工图纸，对地质条件、施工工艺流程和周边环境进行了解，编制针对性较强和可行性较好的基坑支护方案，方案中应对水泥搅拌桩的施工质量控制要点进行明确。场地平整后，将水泥搅拌桩的桩位测量放线出来，根据沟槽的宽度洒上白灰线，本工程施工沟槽尺寸为1.5m×1.0m，土方开挖后重新测放桩位，桩位插上竹签，采用水准仪将桩位的高程全部测量完成，列表进行统计，根据桩长计算出钻孔深度。为了确保水泥浆的注浆压力为0.4～0.6MPa，要求水泥浆制备平台距离水泥搅拌桩的桩位≤60m，根据施工现场实际情况，合理地搭设水泥浆制备平台和水泥存放平台。水泥按照施工进度情况分批进场，水泥的质保资料应齐全，水泥进场后应抽样送检，检测结果合格方可投入使用。对空压机、灰浆搅拌机、深层搅拌机和灰浆泵等施工机具与设备的工作性能进行严格检查，确保其工作性能满足施工要求。检查搅拌头上叶片的直径，直径应满足≥550mm设计要求，为2层叶片。

4.2 水泥浆制备

水泥采用P·O42.5，为“炼石”牌水泥，水灰比为0.55，为了确保水泥浆拌制质量，本工程引进全自动拌制系统，该系统能够根据水灰比情况自动称量下料进行搅拌，搅拌时间≥60s。水泥浆拌制后采用过滤网进行过滤后再排放到水泥浆储备池中待用，在注浆前，应对注浆系统的密封性和流畅性进行检查，检查喷浆流量是否满足施工要求，利用灰浆泵将制备好的水泥浆泵送到搅拌头的喷嘴上，使得水泥浆顺利地喷入软土层。

4.3 移机就位

水泥搅拌桩的桩位的偏差应控制在50mm之内，本工程采用双轴搅拌机，型号为SJB-18型，双轴搅拌机就位后，调整其水平度和平整度，要求底盘应平稳。在2个成直角的方向架设2台经纬仪来校正双轴搅拌机的导向架的垂直度，要求垂直度偏差控制在1.5%之内。将搅拌头对准桩位，采用经纬仪对钻杆的垂直度进行校正，要求钻杆垂直度偏差控制在1%之内。

4.4 钻进成桩

水泥搅拌桩施工前，搅拌头应空钻搅拌约3min，待双轴搅拌机试运行正常后方可进行切土钻进。刚开始下沉搅拌时应进行少量喷浆，以防止搅拌叶片上的喷嘴出现堵塞现象。搅拌头应匀速钻进，钻进速度为0.8m/min，由于地质情况不同，在钻进成桩过程中采用施工电流值来调整搅拌头的钻进速度，淤泥层的施工电流值为30A，当搅拌头钻至设计桩底高程时，采用钢卷尺量测桩架的长度，钻进深度复核无误后即可进行喷浆，将灰浆泵开启后，观察注浆系统的稳定性，喷浆压力0.4～0.6MPa，当水泥浆液从搅拌头上的喷嘴喷出时，不提升搅拌头，在设计高程位置搅拌头应喷浆搅拌30s，让水泥浆充满桩端四周的土体。开启钻杆提升按钮，边搅拌边提升，提升速度为0.5m/min，待提升到设计桩顶高程后关闭灰浆泵，再次搅拌下沉至桩底接着再次喷浆搅拌提升，待提升到设计桩顶高程后直接将搅拌头提升到地面。水泥搅拌桩严格按照“两喷四搅”的工艺进行钻进成桩，水泥土搅拌应均匀。在钻进成桩施工中应加强对钻杆的垂直度的检查，要求钻杆垂直度偏差≤1%。水泥搅拌桩的搭接重叠宽度150mm，相邻桩应相互咬合切割搭接，水泥搅拌桩施工应连续，施工间歇时间应≤12h，保证在水泥搅拌桩凝固之前进行切割搭接[3]。如果施工间歇时间超过12h而切割搭接还可以进行施工时，则钻进速度应调整为0.5m/min，提升速度与钻进速度一致，按照1.2倍的原有喷浆量进行喷浆，使得喷浆量加大，确保后面施工的水泥搅拌桩的施工质量。如果施工间歇时间过长导致无法切割搭接时，应将实际施工情况上报设计单位，由设计单位出具补桩处理意见。假如因施工设备故障或者断电情况下出现喷浆中断时，恢复施工时将搅拌头搅拌钻进至断浆面以下0.5～1.0m，接着按照施工方案既定的提升速度边喷浆搅拌边提升，使得断浆面处的水泥搅拌桩衔接连续与紧密，从而防止出现断桩质量事故。如果喷浆中断时间超过3h，则根据设计要求进行补桩处理。水泥搅拌桩成桩后及时采用清水将注浆系统中的水泥浆清洗干净，检查搅拌头叶片磨损情况并及时进行补焊，确保桩径符合设计要求。

5 锚管土钉墙施工技术

5.1 锚管土钉墙施工

锚管材料采用普通钢管，规格为φ48mm×3.5mm，锚头形状为圆锥形扩大头，锚头的尺寸为φ108mm×4.5mm，锚管与锚头之间采用6根直径为16mm的钢筋焊接牢固，锚管与锚头焊接如图1所示，锚管的布设间距为1.3m。在锚管上环向等分钻取3个直径为8mm的注浆孔，设置间距为500mm。在锚管上焊接倒挂规格为L25mm×3mm角钢，从而增强锚管的锚固作用。采用锚杆机将锚管打入土体，打入角度为15°，角度偏差≤5%，锚管长度为7.5m。注浆前应将锚管内腔的杂物清理干净，浆液为水灰比为0.5的纯水泥浆，水泥强度为42.5R，注浆方法为压浆法，注浆压力为0.4MPa，注浆质量主要以压力值进行控制，当孔口位置溢出浓水泥浆且注浆压力达到0.4MPa无排气现象时，则保持注浆压力值不变情况下持续注浆3min后即可停止注浆。锚管注浆完成后即可挂设直径为6mm的钢筋网，布设间距为250mm×250mm，钢筋网与锚管点焊进行固定。

图1 锚管与锚头焊接图

5.2 喷射混凝土

混凝土采用细石混凝土，碎石粒径≤20mm，砂采用中粗砂，混凝土强度为C20，混凝土中掺入适量的早强剂，混凝土水灰比为0.4。采用型号为HPZ6T的混凝土喷射机对基坑坡面进行混凝土喷射，喷头距离坡面约0.6～1m，喷射压力≥0.15MPa，喷射顺序为自下而上，空压机的风量≥9m3/min，分层喷射，每层厚度≤40mm，总喷射厚度为150mm。待混凝土终凝后应浇水养护，喷射混凝土养护时间≥7d。下一层土方开挖应待喷射混凝土强度达到80%设计强度方可组织施工[4]。

6 降排水措施

在距离基坑坡顶0.5m位置布设截水沟，在基坑内四周设置集水井和排水沟，做好基坑内外排水工作[5]。由于施工季节为夏季，雨量较为充沛，根据地质情况、地下水位高程以及降水量等实际情况，本工程基坑采用管井降水，管井的直径为450mm，总共设置3口降水井，滤水管采用直径为219mm的镀锌钢管，基坑降水过程应时刻关注孔内水位的高程，严格按照基坑降水施工规范要求组织降水。

7 基坑监测

在基坑外侧顶部设置水平位移观测井，在基坑南侧、北侧和西南侧的教学楼和污水池上设置沉降观测点。基坑监测期间，基坑最大累计水平位移为21mm，周边建筑物最大累计沉降量为2mm，基坑顶面未发现明显位移现象，周边教学楼和污水池等未发现明显沉降和裂缝现象，坑底未发现隆起现象，基坑支护稳定。

8 结束语

本工程基坑周边环境复杂，基坑南侧、北侧和西南侧与已建教学楼和污水池距离较近，设计基坑支护方式为水泥搅拌桩+锚管土钉墙组合支护，采取全程动态的质量管理方法，编制合理的施工方案，针对复合基坑支护方式设置质量控制点，在施工过程中严格按照设计图纸和施工方案对重要工序质量进行控制，加强对基坑监测管理，在地下室结构施工期间，基坑支护稳定，取得良好的施工效果。