超深搅拌桩加固复合地基施工技术

摘要：本文阐述了超深水泥土搅拌桩加固复合地基技术，通过技术创新，改装了常用的三轴搅拌桩，加大了搅拌机施工深度，使搅拌桩深度达42m，加固后的降水指标及超深搅拌桩在深圳地铁复杂地质条件下施工的技术参数均达到了设计要求，确保了工程质量，经济效益和社会效益显著，为类似工程积累了宝贵经验。

关键词：超深搅拌桩；加固；复合地基

Abstract: This paper describes the ultra deep water soil mixing pile to pile composite foundation technology, through technological innovation, modification the commonly used three-axis mixing pile, increase the mixer construction depth, made the mixing pile depth to 42m, to ensure project quality, economic and social benefits, and it has accumulated valuable experience for similar projects.

Key words: ultra-deep mixing pile; reinforcement; composite foundation

中图分类号TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1 工程概况

深圳地铁龙岗线石厦~益田区间位于深圳市福田区，本区间在福强路及福民路下方以软土为主，局部存在上软下硬地层，适宜盾构法施工，安全性能高。盾构机掘进过程中，一方面盾构机由于地层上软下硬，易造成盾构刀盘磨损严重，时常修复改造刀盘；另一方面由于地下水位高，水量丰富，盾构常压修复刀盘作业时，地下水易渗透到盾构刀盘工作区域，造成刀盘周边涌水及土体塌方。因此采用三轴搅拌桩在盾构机周边施工一道搅拌桩防渗墙作为帷幕止水，并对盾构刀盘前部和尾部周围土体进行加固。常用的三轴搅拌桩最大深度为33m，已不能适应超深复合地基搅拌。通过技术创新，提高搅拌桩加固深度，使搅拌桩深度达42m，保证了施工质量，产生了明显的经济效益和社会效益。

1.1 工程地质

区间所在场地地质构造主要表现为燕山期花岗岩岩浆侵入作用，花岗岩在风化作用下形成残积层，地表为人工素填土及道路路面。

通过对常用的三轴水泥土搅拌桩设备技术改造，预埋加接钻杆，解决了三轴水泥土搅拌桩钻杆加接难题。超深搅拌桩加固范围为盾构机四周设置一圈止水帷幕，其中盾构机前方和两侧各施工一道搅拌桩防渗墙，加固深度为42m，采用单排三轴搅拌桩套打施工，盾构机后部防渗墙采用一排三轴搅拌桩，深度为28.5～29.6m。同时为确保常压修复及改造刀盘时刀盘上方和前方土体的稳定，对盾构机前方土体进行3排搅拌桩加固，加固深度为42m，对盾构机上方范围进行5排搅拌桩加固，如图1、图2所示。

图1搅拌桩地基加固与防渗墙平面布置

图2搅拌桩地基加固与防渗墙纵剖面

1.2 问题提出

（1）由于三轴搅拌桩施工所使用的浆液水灰比较大，甚至可以达到1～2.5，所以，施工中，浆液水分易流失，发生泌水现象，桩体中浆液水灰比会迅速减小，导致桩体的早期强度和非漏失地层相比大大提高。在这种情况下，后继的搅拌桩施工中，遇有与先期搅拌桩搭接、咬合、套打等情况的桩极易发生偏位。桩体强度和周围加固土层的强度差异大，施工流程应尽量避免时间间隔大于12h的“搭接”，如果不得以必须在一天后“搭接”的，应避免单边搭接。否则即便桩架的垂直控制的再好，下钻过程中也必然会发生钻孔偏位，导致桩体倾斜，使得搅拌加固区下部出现加固盲点。

（2）由于施工速度的限制，在大面积加固过程中，往往无法做到规范要求的两桩搭接施工时间控制在24小时以内。如果大体积加固不作为隔水帷幕使用，可以对“冷缝”不做处理，如果需要在N值大于50击的地层中施工三轴搅拌桩，下沉速度会明显小于0.3～0.5m/分钟的设计水防渗的要求，则应尽量减少冷缝，以便用其它办法处理。

标准值随着土层强度的增大，下沉速度会降低到0.003m/min。采用先行钻具为施工的先决条件。

2 超深搅拌桩施工

2.1 超深搅拌桩水灰比

与深度在30m范围之内的普通三轴搅拌桩相比，超深搅拌桩施工使用的水泥土掺入比要大，一般在25％～30％。在土层强度高、下沉困难的情况下耗浆量会大大增加，此情况下最好采用两个水灰比的方法来解决，即下沉和上提各一个水灰比。为减少因下钻速度慢而引起的成桩时间过长、水泥超出设计用量等现象，经反复试验水灰比，得出水灰比1.2∶1时为最佳状态。

2.2 超深搅拌机拼装

2.2.1 主要机具设备（见表1）

主要机具设备表2

序号 设备名称 型号 数量 用电量 特性

1 三轴搅拌机 MAC-240-3B 1套 180KW 日本原装进口，适用

于80m深地质情况

2 桩机 DH608-110M 1台 (柴油动力)

3 压浆泵 BW-200 3台 30KW

4 挖掘机 1台 (柴油动力)

5 空气压缩机 1台 90KW

6 自动拌浆系统 Z20 1套 35KW 每分钟出浆约20M3

7 钻杆及先行钻具 若干

8 运输车 2辆

9 路基箱及钢板 1套

2.2.2 掘进系统配置

配置动力头1只(高3.8m)，钻杆2组。

其中钻杆配置：钻杆配置分为两组，一组为23.7m（8m/根+5m/根+10.7m/根），一组为20.4m（5.1m/组+10m/组+5.3m/组），其中20.4m钻杆为预埋钻杆；先行钻具钻杆配置：先行钻具也分成两组，一组为26.8m（3m/根＋3m/根+10m/根+10.8m/根），一组为20m（10m/根＋10m/根）。

2.2.3 施工工艺参数（见表2）

超深搅拌机施工工艺参数表 表2

成桩阶段 土层 工艺参数 操作说明 工艺目的

速度 转速 浆流量 水灰比

m/min rpm L/min

起 孔 0～4m 0.5 低速 200 1.8~2.5 不观察返浆 上部10m垂直精度要求高，可作桩身垂直度导向

4～10m 2 高速 不观察返浆

10m 0 高速 等待返浆

10～27m下沉搅拌 砂土 0.5 低速 200 1.8~2.5

27～42m下沉搅拌 粉质壤土 0.3~0.5 低速 200 1.8~3 控制搅拌动力设备的电流不大于200A

钙质胶结富集区 0~0.1

复搅 0.5 低速 1.8~2.5 根据情况决定是否复搅 提高桩底部位水泥土掺入比和搅拌均匀性

提升搅拌 1~1.5 200 1.2 反转提升

3 质量控制

3.1 钻孔取芯法

加固体28天抗压强度≥1.5MPa，加固体强度采用钻孔取芯的方法进行检验。

3.2 压水试验法

q=Q/LP （式1）

（1）第1孔压水分2段，第1段为18~29m，最流量Q=0.065L/min，段长L=11m，压力P=0.1mpa，q=0.059lu，换算成渗透系数k=8.3×10-7cm/s。；第2段为29~40m，最流量Q=0.06L/min，段长L=11m，压力P=0.1mpa，q=0.055lu，换算成渗透系数k=7.67×10-7cm/s。

（2）第2孔压水为1段，深度18-30m，最流量Q=0.067L/min，段长L=12m，压力P=0.1mpa，q=0.056lu，换算成渗透系数k=7.98×10-7cm/s。

（3）第3孔压水为1段，深度15-25m，最流量Q=0.07L/min，段长L=10m，压力P=0.1mpa，q=0.07lu，换算成渗透系数k=9.67×10-7cm/s。

综上所述，3孔渗透系数均小于1×10-6cm/s，水泥搅拌桩防渗墙渗透系数K≤1×10-7cm/s，满足设计要求。

4 结论

（1）钻孔取芯资料表明，采用超深搅拌桩施工，桩体整体性和均匀性好，桩间搭接充分，水泥土胶结强度高，均大于1.5MPa。

（2）钻孔压水试验表明，搅拌桩防渗墙无间隙，抗渗能力强，渗透系数均小于1×10-6cm/s，盾构常压换刀搅拌桩加固质量良好，达到防渗、加固土体效果，满足降水施工要求。

（3）管片上部搅拌桩防渗墙施工中，严格控制施工深度，搅拌桩钻头减缓下沉速度，无触碰管片现象。

盾构常压换刀超深搅拌桩加固施工已经全部结束，质量、工期及效益达到了预期目的。

参考文献

【1】《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

【2】地基处理手册（第二版）编写委员会. 地基处理手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2000

【3】建筑地基处理技术规范(DBJ15-38-2005)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。