三轴水泥土搅拌桩在基坑支护工程中应用探讨

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1、三轴水泥土搅拌桩在基坑支护工程中应用探讨 摘要:通过工程实例探讨三轴水泥土搅拌桩在基坑支护工程中的应用情况，阐述施工工艺、施工要点、质量控制措施、检查与验收及监测情况，验证了三轴水泥土搅拌桩基坑支护技术的可行性和可靠性。 关键词：三轴水泥土搅拌桩；基坑支护；可行性；可靠性Study of three axis cement-soil pile foundation pit engineering in applicationZhang Mingxing(FujianJiaoJianGroupEngineer CO.LTD 361026)Abstract: By an engineering e

2、xample discusses three axis cement-soil in foundation pit supporting the application, this paper expounds the construction technology, key points of construction quality control measures, and checking and accepting andmoitoring conditions, and verifies the three axis of mixing pile foundation pit su

3、pporting the feasibility of technology and reliability.Key words: Three axis of mixing pile; Foundation pit supporting; Feasibility; Reliability中图分类号: TV551.4 文献标识码:A文章编号:引言三轴水泥土搅拌桩最初由日本成幸株式会社研制,主要目的是为了解决双轴水泥土搅拌桩相邻桩搭接不完全、成桩垂直度较难保证等问题。三轴水泥土搅拌桩作为型钢水泥土搅拌墙(SMW工法)基坑围护结构在我国应用已经有10多年的历史。目前在我国上海、江苏、浙江、天津等沿海

4、软土地区应用已经比较普遍,并逐步推广到福建、安徽、湖北等地区。应用范围也已经由基坑围护拓展到水库防渗墙、地下坝加固、隧道加固、垃圾填埋场的护墙等领域。与目前工程上广为应用的局面相比，一直以来对于型钢水泥土搅拌墙的理论研究相对不足，特别是对于三轴水泥土搅拌桩的研究和认识比较缺乏。当前水泥土搅拌桩普遍存在的室内搅拌水泥土强度很高，而现场桩身强度很低的现象，这是导致许多搅拌桩工程事故的主要原因。本文通过工程实际工程中三轴水泥土搅拌桩的施工工艺、施工要点、质量控制措施、检查与验收及监测情况，探讨该技术的成功应用。1工程实例简介1.1工程概况福州市新港苑安置房工程包括1#、2#、3#三栋住宅楼，设二层地

5、下室,地上总建筑面积98022m2,地下建筑面积20073m2，桩基为冲孔桩基础。地下室外围尺寸长130.8米，宽102.5米，现有地面标高约-2.00米（0.000标高相当于罗零标高+8.000m），底板底标高为-9.25米，开挖深度约7.25米。基坑侧壁安全等级：北侧和东侧为一级，重要性系数为r= 1.1，靠近居民楼；西侧和南侧为二级，重要性系数为r= 1.0，南侧靠内河，西侧离居民楼较远。1.2地质情况根据福建省华厦建筑设计院提供的岩土工程勘察报告，在施工范围内的岩土层自上而下依次为：（1）杂填土层：色杂，松散，稍湿，层厚为0.80-8.2米；（2）粉质粘土层：灰色，饱和，可塑，层厚为0

6、.8-3.5米；（3.1）淤泥层：深灰色，饱和，流塑，层厚为0.6-4.4米（3.2）淤泥夹粉砂层：灰色，饱和，软塑，层厚为2.40-16.00米；（4）粉砂层；灰、灰白色、稍密，局部中密，饱和，层厚为4.90-18.40米；1.3设计技术参数 （1）基坑围护总平图详见图1，采用三轴水泥搅拌桩内插型钢H488*300，水平方向采用钢筋混凝土支撑梁共同组成围护体系。水泥搅拌桩为3650900，桩长12米与15米两种，全断面桩尖进入第4层粉砂1米。 （2）支撑立柱采用格构式钢柱，支撑柱LZ采用桩径800钻孔灌注桩，桩长约12米，全断面桩尖进入粉砂层3米。冠梁及内支撑梁均采用C30钢筋混凝土，GL1

7、截面尺寸1100*800，HL截面尺寸1200*900，ZH1截面尺寸500*500 ，ZH2截面尺寸500*600，ZH3截面尺寸800*800，ZH3a截面尺寸800*900。支护桩及冠梁局部平面图详见图2。图1 基坑支护平面图图2 支护桩及冠梁局部平面图2 三轴水泥土搅拌桩施工工艺2.1场地施工准备(1)施工场地内的地上和地下障碍物已清除或拆迁。(2)平整场地，挖好排浆沟，排水沟，设置临时设施。(3)测量放线，并设置桩位标志。(4)机具设备已备齐、进场，并进行维修，安装就位，进行试运转。2.2桩机选型按设计要求，该工程选用上海工程机械厂有限公司生产的JB160A型三轴搅拌桩机（详见图3）

8、。图3JB160A型三轴水泥土搅拌桩桩机2.3三轴水泥土搅拌桩（SWM工法桩）施工工艺流程2.4施工顺序水泥土搅拌桩施工（详见图4：SMW工法水泥土搅拌桩施工顺序图），图中重影部分为重复套钻，保证墙体的连续性和接头的施工质量，三轴水泥搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度是依靠重复套钻来保证，以达到止水的作用。2.5施工技术参数(1)水泥土搅拌桩采用3650三轴搅拌桩设备进行施工，采用一喷一搅的施工工艺，在桩体范围内必须做到水泥搅拌均匀，桩体垂直偏差不得大于0.5%。(2)搅拌桩采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量20%（即消耗水泥重量和被加固土体重量的百分比），每立方米水泥土搅拌桩的水泥掺入量不少

9、于360 kg。(3) 钻头下沉速度：1m/min；提升速度：1m2m/min。(4) 搅拌桩施工应有连续性，不得出现24小时施工冷缝。3 三轴水泥土搅拌桩施工要点3.1施工工艺概述（1） 测量放线施工前，先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点，精确计算出围护中心线角点坐标（或转角点坐标），利用测量仪器精确放样出围护中心线，并进行坐标数据复核，同时做好坐标桩的保护工作。（2）根据已知坐标进行支护范围和轴线平移的定位，并提请业主、监理对支护轴线进行放线复核。（3） 开沟槽根据放样定出的围护中心线，用挖掘机沿围护中心线平行方向开掘三轴水泥土搅拌桩施工的工作沟槽，沟槽宽度根据围护结构宽度确定，一般槽宽

10、约1.2m，深度约0.6m1.0m。遇有地下障碍物时，利用镐头机将地下障碍物破除干净，如破除后产生过大的空洞，则需回填压实，重新开挖沟槽，确保施工顺利进行。 （4）桩机就位 由当班班长统一指挥桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物应及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正，桩机应平稳、平正。（5）定位线挖沟槽前划定三轴机动力头中心线到机前定位线的距离，并在线上做好每一幅三轴水泥土搅拌桩机施工的定位标记（可用短钢筋打入土中定位）。（6） 搅拌速度及注浆控制喷浆搅拌时钻头的下沉速度为：1m/min，提升速度为：1m2m/min。水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比：1.5

11、2.0。水泥掺入量20%（每立方米水泥土搅拌桩的水泥用量不少于360kg）。（7）泥浆置换水泥土搅拌桩施工掺入的水泥含量20%,且水灰比为1.52.0，由于水泥浆液的定量注入搅拌孔内和H型钢的插入,将有25%30%泥浆被置换出沟槽内，为保持施工的连续与场地清洁必须将泥浆清离施工现场。因施工现场场地有限，置换出的泥浆及时运离施工现场。（8） H型钢选材与开孔该工程H型钢选用H4883001324型钢，桩长为12m、15米两种，详见图5。图5 4883001324 H型钢 H型钢最好采用整材（12m），当需要接长时，应采用坡口焊接，焊缝质量等级不应低于二级。单根型钢中焊接接头不宜超过2个，焊接接头

12、的位置应避免在型钢受力较大处，相邻型钢的接头竖向位置应相互错开，错开位置不小于1m。为了H型钢桩的起吊打桩与拔桩回收，在H型钢顶端翼缘板两侧开孔。（详见图6）（9） 型钢涂刷减摩剂为利于H型钢桩拔起重复利用，在H型钢插入前预先热涂减摩剂，将固体状减摩剂加热熔化后均匀涂抹在H型钢表面，减摩剂涂抹厚度为1.5mm。型钢桩表面涂刷涂减摩剂，严禁出现少涂、涂料开裂剥落现象，如发现H型钢桩表面减摩剂少涂、开裂剥落现象应重新涂刷。（10） 型钢的插入与固定待水泥土搅拌桩施工完毕后，吊机应立即就位，准备吊放H型钢。H型钢安装好吊具钢丝绳，采用35吨履带吊机起吊H型钢，型钢必须保持垂直状态。H型钢插入时间必须

13、控制在搅拌桩施工完毕30min内。在沟槽定位型钢上设H型钢定位卡固定，定位卡必须牢固、水平，然后将H型钢底部中心对正桩位中心沿定位卡慢慢、垂直插入水泥土搅拌桩体内，用经纬仪或线锤控制垂直度。当H型钢插入到设计标高时，用8吊筋将H型钢固定。溢出的水泥土泥浆应及时清理，控制到一定标高，以便进行下道工序施工。待水泥土搅拌桩硬化到一定程度后，将吊筋与槽沟定位型钢拆除。当H型钢无法插到设计标高时，采用振动锤将H型钢振到设计标高。（11）施工记录施工过程中，由专人负责填写型钢水泥土搅拌墙施工记录表，施工记录表中详细记录了桩位编号、桩长、断面面积、下沉（提升）的时间及深度、水泥用量、水泥掺入比、水灰比、H型

14、钢尺寸、顶标高、长度、垂直度、开始插时间及结束时间。根据现场实际施工情况填写型钢水泥土搅拌墙施工验收记录表。（12）拔除H型钢在围护结构完成使用功能后，业主或监理方书面通知进场拔除。H型钢桩拔除施工前，应保证围护外侧满足履带吊6m回转半径的施工作业面。H型钢桩翼缘板两面用钢板与高强螺栓锁紧，采用千斤顶顶高，到位后采用夹具将H型钢桩夹紧后，用千斤顶反复顶升夹具，直至吊车配合将H型钢拔除。H型钢桩露出地面部分，不能有串连现象，否则必须用氧气、乙炔把连接部分割除，并用磨光机磨平。桩头两面翼缘板应有标准的40圆孔，若孔径与位置不准必须整改，每根桩头两面翼缘板必须有标准的40圆孔才能进行拔桩施工。4 三

15、轴水泥土搅拌桩质量控制措施当前水泥土搅拌桩普遍存在的室内搅拌水泥土强度很高，而现场桩身强度很低的现象，这是导致许多搅拌桩工程事故的主要原因，这就需要做好水泥土搅拌桩施工期间的质量控制，主要有下列几点：4.1进场水泥必须资料齐全并进行验收，复试合格后方可使用。严禁使用过期水泥、受潮水泥，严格按设计要求控制浆液的水灰比及水泥掺入量。4.2施工前对搅拌桩、注浆泵等设备进行维修保养，尽量减少施工过程中由于设备故障而造成的质量问题；设备由专人负责操作，确保设备正常运转。4.3搅拌桩桩机就位后应复测桩位，如有误差或偏差必须调整桩机重新就位，只有桩位对中准确无误，且桩机保持垂直度偏差150，方可进行搅拌桩施

16、工。严格控制下沉和提升速度，并保持匀速下沉或提升。注浆泵流量控制应与三轴搅拌桩下沉（提升）速度匹配。在无特殊情况下，三轴搅拌桩施工必须连续不间断的进行。施工时如因故停浆，应在恢复供浆前将钻头提升或下沉0.5m后，再喷浆搅拌。4.4质量控制标准（1）成桩质量控制标准如下：成 桩 质 量 控 制 标 准5 三轴水泥土搅拌桩检查与验收水泥土搅拌桩的桩身强度采用浆液试块强度试验及钻取桩芯强度试验。浆液试块强度试验取刚搅拌完成而尚未凝固的水泥土搅拌桩浆液制作，每台班抽检1根桩，每根桩取不少于2个取样点，每个取样点制作3件试块。取样点设置在基坑坑底以上1m范围内和坑底以上最软弱土层处的搅拌桩内。试块及时密

17、封水下养护28d后进行无侧限抗压强度试验。钻取桩芯强度试验采用地质钻机并选用可靠的取芯钻具，钻取搅拌桩施工后28d龄期的水泥土芯样，钻取的芯样立即密封并及时进行无侧限抗压强度试验。抽检数量不少于总桩数的2%，且不少于3根。每根桩的取芯数量不少于5组，每组不少于3件试块。芯样在全桩长范围内连续钻取的桩芯上选取，取样点沿桩长不同深度和不同土层处5点，且在基坑坑底附近设取样点。该工程共制作30组试块，28d无侧限抗压强度，试验值均大于0.5MPa。6 三轴水泥土搅拌桩监测情况本项目三轴水泥土搅拌桩基坑支护监测单位为福建省建研勘察设计院，在土方开挖前就派专业人员埋设观测点，基坑边共布22个点（详见图7

18、），在土方开挖及基坑施工过程中进行密切跟踪观测，支撑拆除阶段加大测试频率，早晚各一次，支撑拆除结束后连续观测5天，每日一次，直到变形稳定为止。各观测点累计位移数据经汇总如下：表一 基坑深层土体位移观测汇总单位：mm注：以上数据源自观测点深度4米处（位移量最大）表二基坑坡顶水平位移观测汇总单位：mm各观测点的位移速率、累计位移均未达到预警值。周边建筑物、基坑临近的道路、管线等设施的沉降速率，累计沉降量也均未达到预警值。本项目基坑支护工程施工质量可靠，变形稳定。7 结论由于基坑开挖及降水而引起的地面过度沉降，对周边环境产生不良影响甚至引发安全事故的事例时有发生，日益引起人们的重视。三轴水泥土搅拌桩是一种可靠的基坑支护技术，且施工工期较短，通过实际工程中三轴水泥土搅拌桩的施工工艺、施工要点、质量控制措施、检查与验收及监测情况，验证了三轴水泥土搅拌桩基坑支护技术的可行性和可靠性。参考文献：1建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）2建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）3 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）4 型钢水泥土搅拌墙技术规程（JGJT199-2010）5 建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）