钱塘江冲海粉砂层工法桩围护结构施工技术

谢皆睿

(中铁十六局集团轨道公司，北京 101100)

0 引言

SMW工法桩[1-3]是用多轴搅拌机对地面进行一定深度的钻掘，经钻头处喷出水泥浆强化剂与地基土反复混合搅拌，在混合体未结硬前进行插芯材处理，待水泥结硬后形成具有挡土、挡水作用和围护性能的地下连续墙。其优点在于挡水性强、对邻近土地影响小、造价低及适用范围广等[4-5]。钱塘江海相地质形成条件复杂，淤泥质粉质粘土层及粉砂层等含水量高、渗透性强及稳定性差，对施工技术要求高。童祖玲等对位于长江边某地铁工程的含多层富水砂土层基坑，采用SMW工法桩及三轴深搅桩等技术达到了对该土层的止水效果。

为了防止粉（砂）性土的潜蚀、流土（砂）和液化现象对基坑工程产生的不利影响，杭州地铁8号线河景路站工程附属基坑采用SMW工法桩技术来加深围护结构。对SMW工法桩在钱塘江冲海粉砂层中的施工技术进行了施工管控介绍、施工质量缺陷分析并得到了处理方案，对成桩质量进行了钻芯法检测。该研究对钱塘江冲海粉砂地层类似地铁工程具有指导意义。

1 工程概况

河景路站位于钱塘江东畔，车站沿规划道路东西向布置。河景路站共设置4个出入口、2组风亭，附属结构各出入口围护结构采用SMW工法桩技术，其直径为850 mm，间距为600 mm。H型钢为700×300×13×24，长度为13～20 m，采用隔一插一法进行施工。基坑标准段采用一道砼支撑+一道钢支撑的支撑方案，扶梯下沉段额外增加一道钢支撑。附属基坑侧壁分部有①-2素填土、②-31黏质粉土、②-42砂质粉土夹粉砂、③-3粉砂夹砂质粉土。附属基坑标准段底部位于③-3粉砂夹砂质粉土中。出入口标准段基坑深度为8.440 m，最深处达9.890 m，桩底土层为③-6砂质粉土，在一定的水动力条件下，粉（砂）性土会对基坑产生不利影响。

2 SMW工法桩施工管控

2.1 搅拌桩设计与施工

（1）水泥掺入量。桩身水泥采用42.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比为1.5∶1，水泥掺入量不得小于270 kg/m3。

（2）搅拌桩轴数。SMW工法桩搅拌桩试用五轴，五轴搅拌桩施工采用3路供浆，2路供气，其优点为加快施工进度、成桩搭接冷缝少及节约材料成本等。

（3）搅拌桩成桩。SMW工法对桩体垂直度及搅拌桩强度质量要求高，桩体的质量对后期型钢插拔及墙体的防渗性能影响大。在施工过程中，确保机械在同一水平面上施工，同时，用经纬仪进行测试来确保搅拌桩桩体的垂直度。在搅拌站下穿及提升过程中控制好下沉及提升速度，应控制在1～2 m/min，转速为15～20 r/min，确保每一深度都得到充分均匀的搅拌。桩顶及桩间搭接强度要满足施工要求，桩顶避免出现喷漏现象，桩间搭接施工间隔小于24 h。

2.2 H型钢的插放管控

H型钢主要用来抵抗水土压力，是SMW工法围护墙中的主要受力构件，因此，必须确保SMW工法H型钢质量。在施工过程中，影响SMW工法支护体系安全的因素包括H型钢的定位、垂直度及同一断面接头数量等。确保H型钢的定位、放置的垂直度，使围檩与竖向H型钢均匀受力，同时，接头数量要保证在同一断面上小于50%，避免出现墙体开裂及渗漏水现象。在混凝土浇筑前，对H型钢进行加塑料薄膜处理，便于后期H型钢的拔出。

3 SMW工法桩施工质量缺陷与处理方案

通过成桩过程发现S21素水泥桩体施工过程中出现以下异常情况：槽内浆液稠度小、稀释，但水泥浆用量大、置换出土量少、浆液面高度变化小。常规搅拌下沉桩机电流为230～245 A。此时转轴搅拌下沉显示的电流为160～170 A。说明搅拌下沉所受阻力小。经过提升喷浆，钻杆提升后杆上有小部分夹泥。

3.1 质量缺陷产生原因

（1）地质原因：由于河景路站位于钱塘江东畔、钱塘江冲海粉砂层广泛分布，其含水量高、孔隙比大、渗透性好、灵敏度高，且具有触变、流变特性，因此其工程性能差。通过试验研究发现，随着软土地基含水量增大，粉砂的粘聚力降低，破坏应变也会增大，富水会使SMW工法桩水泥土水化物浓度降低，胶凝效果明显减弱，使得水泥土无法与粉砂等形成一个有效的整体后在后续施工中存在渗漏，甚至可能造成局部塌孔，导致围护结构桩体鼓包。

（2）施工原因：施工扰动会引起深厚粉砂地层工程性能和应力状态产生变化，使原有较为稳定的地下水环境发生改变。水泥搅拌桩不返浆的主要原因是粉细砂的大量流失，密实性变小，透水性变差，影响了搅拌桩的成桩质量。在搅拌桩打桩过程中，应严格控制沉桩及提桩速度，避免水泥浆液外溢，影响成桩效果。由于工期紧，各类建筑材料如水泥等不能做到连续供应，相邻桩的施工间隔时间超过24 h，可能导致墙体出现施工冷缝。

（3）材料原因：水泥土的强度会随着地层含水量的增加而下降，因此对于含富水粉砂的软土，如果胶凝材料配比不当，很难取得理想的加固效果。同时SMW工法桩体水泥掺入量及配比等因素会影响搅拌桩成桩质量，在实际施工中，水泥掺入量随土层密度的变化也应进行相应的调整。

（4）机械原因：五轴搅拌桩虽施工进度快，但根据经验与实际施工相结合，得出SMW工法桩成桩效果不如三轴搅拌桩的好。五轴搅拌桩对场地及施工要求高，相邻两根工法桩容易发生垂直度偏差，导致两根工法桩开叉而出现较大空隙，出现渗漏水、涌砂等现象；在同一操作面上局限性大，可能发生墙体与墙体接缝附近无型钢支撑现象，导致墙体接缝处渗漏水。

（5）其他原因：附属结构墙体与主体结构墙体衔接处会产生错缝，后期基坑开挖中存在渗漏、变形甚至基坑坍塌等重要隐患。

3.2 处理方案

3.2.1 提高桩体质量处理方案

（1）严格控制SMW桩体材料的施工配合比，保证其良好的施工性能。为了便于后期H型钢的拔出，水灰比采用1.3∶1。实际施工中，水泥掺入量为17%～18%，土体比重取1 800 kg/m3，水泥用量为m0=1 800×0.17=306 kg/m3，单位用水量为m1=306×1.3=397.8 kg/m3，即水泥掺入量不得小于306 kg/m3。

在搅拌桩浆料掺入一定比例的外加剂膨润土，在砂土中能提高返浆效果，膨润土的特点是粒径小、比表面积大，粘结、吸附性强，阳离子可交换，并吸附在粒径较大的颗粒上，进而降低粉砂的空隙率，降低渗透率，达到减少水泥的流动的目的，能有效提高返浆性能。

（2）在现场施工中，SMW工法换用传统的三轴型搅拌机。

（3）由于施工场地内粉砂及砂质粉土等分部广泛，为防止断桩现象发生，根据实际情况适当降低搅拌站下穿及提升的速度，沉桩的速度为1 m/min，提桩速度为0.5～1 m/min。

3.2.2 渗漏水处理方案

（1）接缝处渗漏处理。可采用压浆材料如环氧树脂溶液等对漏点进行直接堵漏。渗漏严重需采用注浆加固处理，同时可适当增加注浆（浆液采用水泥浆或水泥-水玻璃双液浆）孔数量，具体使用视渗漏严重性确定。

（2）维护结构桩体缝（洞）渗流处理。为满足粘连封堵材料（聚氨脂或堵漏灵等）要求，进行适当的剔凿清理漏水点来进行结构桩体缝（洞）封堵。

（3）施工冷缝处理方案。在冷缝处围护桩外侧补搅素桩来处理施工冷缝问题，为确保围护桩的止水效果，将24 h以前施工的SMW搅拌桩与素桩搭接厚度定为20 cm。

（4）墙体错缝处理方案。在施工中尽可能贴近主体结构地连墙墙体进行工法桩体施工，并对其重复搅拌两到三次。当出现墙体错缝时，采用直径为800 mm，间距为600 mm的二重管高压旋喷桩进行止水，旋喷桩桩长范围为桩长接头处围护桩长。

4 成桩质量检验

根据施工图纸要求，取9根现场钻取的芯样进行抗压强度试验，采用经标定的STYE-300C水泥全自动抗折抗压试验机记录芯样直径、高度及破坏荷载，从而得到芯样抗压强度。

通过钻芯法检测，得出成桩质量满足设计强度与施工要求。通过开挖过程中观察基面平整、干燥无明显渗漏点，取芯强度及观感质量良好。

5 结论

（1）对杭州地铁8号线河景路站工程附属基坑采用的SMW工法桩技术，进行了施工管控介绍、施工质量缺陷分析，并得到了处理方案。

（2）钱塘江冲海粉砂层SMW工法在施工过程中突出问题为墙体接缝处容易发生渗漏水，根据施工图纸设计要求，结合试桩质量缺陷分析，得出水泥掺入量不得小于306 kg/m3。在现场施工中，SMW工法换用传统的三轴型搅拌机。搅拌桩的沉桩速度为1 m/min，提桩速度为0.5～1 m/min。

（3）SMW工法应用于钱塘江冲海粉砂层地质的附属围护结构，基坑表面平整、干燥，达到了施工质量要求，为日后其他类似地层工程施工可提供参考。