水泥搅拌桩加固始发井端头地基施工技术_唐勇.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 4 期 2023 年 2 月Vol.54 No.4 Feb.2023459水泥搅拌桩加固始发井端头地基施工技术唐 勇，邓兴桥，熊煊辉，廖 军（中国建筑第五工程局有限公司，410004，长沙）摘要：为解决顶管过程中始发井端头因承受较大水平荷载（反力）引起基坑产生较大变形问题，从而影响顶管施工安全和顺利进行，采用水泥土加固始发井端头地基加固技术，提高始发井端头地基土的整体强度，解决了因较大水平荷载（反力）引起的基坑变形问题。总结现场施工过程中水泥土桩加固始发井端头地基加固处理技术，并分析现场施工中常用的无损桩基检测方法优缺点。关键词：水泥土搅拌桩；始发井；地基加固；无损检测中图分类号：TU 992 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)04-0459-04coNsTrucTioN TEcHNoloGy oF cEMENT MixiNG pilE sTrENGTHENiNG THE FouNDATioN AT THE END oF sTArTiNG sHAFTTAnG Yong,DEnG Xing-qiao,XIOnG Xuan-hui,LIAO Jun(China Construction Fifth Engineering Bureau Co.,Ltd,410004,Changsha,China)Abstract:In order to solve the problem of large deformation of foundation pit caused by large horizontal load(reaction force)at the end of starting shaft in the process of pipe jacking,which affects the safety and smooth progress of pipe jacking construction,the cement soil reinforcement technology is adopted to improve the overall strength of the foundation soil at the end of the starting shaft,and the problem of foundation pit deformation caused by large horizontal load(reaction)is solved.This paper summarizes the treatment technology of cement soil pile strengthening the foundation at the end of the starting shaft in the process of on-site construction,and analyzes the advantages and disadvantages of non-destructive pile foundation testing methods commonly used in on-site construction.Keywords:cement soil mixing pile;originating well;foundation reinforcement;nondestructive testing顶管施工过程中始发井为顶管推进提供足够的水平推力1。因此，液压油缸后方的土体需要有足够的强度，以防止在顶管推进过程中基坑围护结构出现较大的变形2。国内外因为基坑问题影响施工人员人身安全及工期延误问题的案例并不鲜见35，尤其是顶管施工过收稿日期：20221201基金项目：国家自然科学基金项目（52108364）作者简介：唐勇（1982），男，四川德阳人，高级工程师，e-mail:.续浇筑，混凝土初凝，导致断桩造成二次开孔的资金投入，保证工程的整体质量与工期。（4）当埋深过长或与钢筋笼发生卡结时，处理时间短，效率高，不会破坏钢筋笼。参考文献1 冯宝家，杜昌隆，段学锋.基坑支护中格构柱施工的问题与对策J.建筑技术，2018，49（11）：1224-1225.2 徐高，胡涛超，叶丽华，等.防卡管的混凝土灌注用导管：CN201620193832.4 p.2016-09-14.3 刘昌学.详谈水下混凝土灌注桩埋管现象 J.西部探矿工程，2018，1：30-32.4 孙波.钻孔灌注桩中埋管导致断桩的事故处理 J.西部探矿工程2003，5：17.5 王姗姗.公路工程钻孔灌注桩施工中的常见问题及措施 J.施测鉴工,2020，21：211.6 宋文涛.公路工程钻孔灌注桩施工中的常见问题及措施分析 J.交通世界，2019，20：146-147.7 刘春丽.公路工程钻孔灌注桩施工中的常见问题及措施 J.珠江水运，2019，17：76-77.8 蔡文盛.钻孔灌注桩水下混凝土灌注“埋管”事故成因探究 J.西部探矿工程，2008，5：35-39.9 黄志强，任鸿飞，胡书礼，等.钻孔灌注桩施工中埋管断桩事故原因分析及防治 J.探矿工程，2008，2：37-40.10 王鹤毅.公路桥梁施工中钻孔灌注桩质量控制措施研究 J.中国设备工程，2021，10：16-17.11 张理祥.钻孔灌注桩导管灌注事故的预防及处理 J.科技信息，2009，33：1093.12 ABDUL H.Laboratory Liquefaction Test of Sand Based on Grain Size and Relative Density J.Journal of Engineering and Technological Sciences.2016，48(3)：334-344.13 KASBI B,ADNAN Z,HABIB M,et al.Determining the peat soil dynamic properties using geophysical methods J.Magazine of Civil Engineering.2021，None(105)：10508-1050814 HUA H,XIAO X.Experiment and Analysis on Rheology Dynamic Characteristics of Soft Soil J.Applied Mechanics and Materials.2013，2212(275-277)：299-303.建 筑 技 术第 54 卷第 4 期460程中因管节长度的增加，需要始发井井壁提供的水平推力也逐渐增大。科学合理选择始发井端头土体加固方案，是保证顶管顺利施工的重要环节。本工程采用高压旋喷桩作为基坑的围护结构，水泥土搅拌桩技术加固始发井端头区域地基土。提高始发井端头土体强度，避免在顶管过程中因水平推力过大而引起的基坑围护结构失效问题。针对某地铁顶管通道多层粉质粘土和粉土、砂土互层复杂地质情况，分析与总结现场施工过程中始发井端头地基土加固处理技术，以期为类似工程提供参考依据。1 工程背景某城市地铁车站附属结构矩形通道工程施工某标段包含多个车站的 11 条通道工程，设计通道总长600 余 m，均采用土压平衡式顶管机顶进施工，采用预制管片，标准管节长度 1.5m，接口采用 F 形承插，结构顶板、底板、侧墙厚度均为 0.45 m。设计通道尺寸约为 7 m5 m，通道净空为 6 m4 m。根据地质勘察报告可知，该工程岩土地层分布较为稳定，拟建工程处的地层从上至下依次为：第四系人工填土，第四系全新统冲洪积粉质粘土、粘质粉土、砂类土，第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）粉质粘土、砂类土、粘质粉土等。不良地质与特殊岩土有杂填土震陷、人为坑洞、老城区填土、软土和地震液化可能性。该工程11条矩形通道共分布在不同的施工区域，工程较分散，施工过程存在多次转场，同时为保证工期，需规划合理施工组织方案，每条矩形通道工序衔接环环相扣，需制订合理的工期计划，严格管控施工过程，对施工组织要求高。工程主要难点如下：工程干扰因素多、协调工作量大、组织协调困难、任务艰巨；高地下水位顶管机进出洞施工风险高；浅覆土下穿市政道路，砂层掘进地面沉降控制严格；小净距上穿地铁盾构区间，施工控制要求高；穿越老旧城区地质复杂，施工难度大；穿越区域管线众多，安全风险高；施工任务重，工期紧张。众所周知，顶管始发工作井极易因承受较大的水平反力而发生始发井围结构失稳问题，从而引起较大的安全问题。本工程中采用三轴水泥搅拌桩对工作井端头进行加固处理，从而减少始发井高压旋喷桩的使用，具有较好的经济效益和安全效益。2 顶管工作井端头总体加固方案顶管过程中需要始发井需要提供足够的反力推动矩形顶管向前推进，因此必须对工作井端头进行加固。矩形通道始发端与接收端地基加固可采用三周搅拌桩或者 PVC 逐渐加固措施。工作井加固范围为外轮廓外放 3 m 范围，顶进方向 6 m。在注浆加固区与工作井围护结构外施作一排三重管旋喷包角进行衔接。需要注意的是，在矩形通道地基加固上方存在复杂管线环境的区域，部分工作井端头不具备三轴搅拌桩加固施工条件。主要介绍三轴水泥搅拌桩施的具体施工方案、流程、技术参数要求和施工方法等内容。3 三轴水泥搅拌桩施工方案本工程部分矩形通道始发端、接收端采用三轴搅拌桩进行地基加固，采用的桩径为 850 mm，间距0.6 m，咬合 0.25 m，加固范围环向为矩形通道外轮廓外放 3 m，纵向为 6 m。加固后的土体具有良好的均匀性、自立性、密封性，且要求掌子面没有明显渗水，以保证矩形通道施工时洞门打开的安全。加固工后28 d 钻孔取芯渗透系数要求应小于 1106 cm/sec，无侧限抗压强度不小于 1.0 MPa。三轴搅拌桩加固桩位布置如图 1（a）所示，三轴搅拌桩加固平面布置如图 1（b）所示。850600 三轴搅拌桩800600 三重管旋喷桩主体围护结构1 50（a）水泥土三轴搅拌桩加固区6 000高压旋喷桩包角一排 800600（b）图 1 三轴搅拌桩加固示意（a）桩位布置；（b）平面布置2023 年 2 月461唐勇，等：水泥搅拌桩加固始发井端头地基施工技术3.1 施工工艺流程三轴搅拌桩施工工艺流程如图 2 所示。完成施工前准备，开始测量与桩机对位，采用预先拌制好的浆液进行搅拌施工。随后提升搅拌喷浆、重复搅拌钻与喷浆工序，完成后进行 28 d 取芯检测，工序完成。施工准备测量桩机对位搅拌钻进提升搅拌喷浆重复搅拌桩重复提升搅拌喷浆桩机位移28 d 后取芯检测下道工序原材料试验配合比确定拌制浆液二次搅拌桶内搅拌填写施工记录图 2 三轴搅拌桩施工工艺流程3.2 技术参数要求相关的技术参数要求主要包括以下几方面。（1）搅拌桩施工前须进行现场试验，待主要控制参数达到设计标准方可进行施工。（2）按桩心距进行定位，要求桩位偏差控制在 50 mm 以内，成桩后桩底标高允许偏差应控制在 50+100 mm 范围内；桩径允许偏差 0.04D（D为桩径）；垂直度偏差不宜大于 1%。（3）地基加固处理搅拌桩采用 PO 42.5 的硅酸盐或粉煤灰硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比控制在0.7附近，加固体水泥掺入比取土的天然质量的 18%，弱加固区（空桩）水泥掺入比为 8%10%。现场施工过程中具体的参量也该结合地质条件进行动态调整，土质较软地区可以提高水泥掺量，硬质地层可以减少水泥产量。制备的水泥浆液总量、外掺剂的添加量和搅拌直径、搅拌深度应该记录 在案。（4）水泥搅拌桩施工过程中应该按照设计位置进行放线定位，然后搅拌机就位。旋喷钻杆搅拌过程中立刻进行水泥浆液注浆，通过刀盘搅拌将水泥浆液与土体进行充分拌和，从而提高了搅拌桩的成桩质量。（5）水泥土搅拌桩加固工作井附近土体时应及时进行，避免相邻两桩的搅拌时间过长，从而导致水泥土桩强度存在差异。同时，用于始发井周围的水泥土搅拌桩不宜采用搭接处理，因为始发井需要提供较大的支撑反力推动正常顶进。（6）采用流量计可以记录搅拌过程中的注浆量，严格控制搅拌过程中浆液的流量，做到桩体整理均匀注浆。水泥浆液应当天使用当天配置，当浆液出现初凝时禁止使用，重新配置。（7）水泥土搅拌桩施工因故障停机时，在重新开机前应将搅拌刀头下降 0.5 m，然后在进行注浆搅拌施工。（8）质量检测要求：水泥土桩成桩 28 d 后，需钻孔取芯做样品的抗压强度与抗渗检测，水泥土桩的抗压强度不低于 1.0 MPa，抗渗系数不大于 106 cm/sec，检验数量不少于总桩数 0.5且不少于 6处。质量检测取样点随机取样，均匀分布于加固区内。3.3 施工准备组织有关人员熟悉图纸和分项工程施工工艺，了解施工现场地上和地下物及管线现状，做好充分的技术准备工作。根据施工进度编制材料进场计划、提前做好订货工作，完善有关技术资料。在施工实践中，施工员、技术员应随着设计和施工条件等因素的变化调整和补充完善施工方案。根据图示坐标尺寸与勘测院提供的控制点进行定位，根据国家水准点引测相对标高。3.4 施工方法与流程3.4.1 原有管线改线与平整场地首先对加固场地内的管线进行改迁，然后清理原地面以下 3m 的建筑垃圾、土石块，平整水泥土搅拌桩区域场地。施工中为了方便材料及车辆运输，在路面铺设垫层，同时在桩基下铺设钢板，防止桩基下沉而影响水泥土搅拌桩成桩质量。3.4.2 测量放线根据设计图纸进行加固区坐标计算，结合城市高程坐标控制点进行放样与定位，确保两相邻水泥土桩的中心间距为 1.5 m。水泥土桩放样定位完成后需要请监理方进行复核验收，验收通过后即可进行工作井周围三轴深层搅拌桩施工。3.4.3 排除障碍依据土体加固范围控制边线，采用挖掘机配合人工，对该加固区域内的地表障碍进行有效清理。3.4.4 搅拌桩机就位搅拌桩机到场后校正桩基位置，确保桩基与标志线平行。检验桩基的倾斜度，矫正桩基导杆的垂直度，使得成桩垂直度误差不超过桩体的L/150（L为桩长）。建 筑 技 术第 54 卷第 4 期4623.4.5 刀盘预搅下沉搅拌机正常运行后即可开始切土下沉，搅拌机刀盘的钻进速度控制在 0.380.75 m/min，下沉速度应保持匀速，避免下沉速度出现较大差异，会影响后期的成桩质量。3.4.6 制备浆液搅拌桩施工时按照设计配比配置水泥浆液，水泥而可以使用普通硅酸盐水泥或者粉煤灰硅酸盐水泥PO 42.5 级，同时控制浆液水灰比保持在 0.7 左右。按照配比要求添加相应的外加剂。制备好的浆液在及时进行搅拌处理，防止水泥浆液出现沉淀、离析现象。3.4.7 提升注浆搅拌钻机达到设计深度后，可以打开注浆阀门，通过流量计可以监测实时的注浆量。注浆开始后开始按照设计速度进行提升搅拌，提升速度不应超过 0.5 m/min，确保注浆提升搅拌过程中喷浆量均匀，从而使搅拌的水泥土桩桩体均匀，强度一致。喷浆过程中浆液的注浆压力保持在 0.51.0 MPa。3.4.8 移位钻机重复以上步骤，进行下一根桩的施工。图 3为具体的三轴搅拌桩施工示意。地面1定位2喷浆搅拌下沉3搅拌上升4重复下沉5重复搅拌上升6施工完毕图 3 三轴搅拌桩施工示意3.5 搅拌桩加固特殊情况处理措施3.5.1 地下管线无法迁移遇到该情况应该与施工单位、设计单位进行商议，采取在非管线区域搅拌桩加密的补救措施。3.5.2 注浆管路堵塞遇到注浆管路堵塞应该立即停止泵送浆液，将搅拌刀盘下沉至停浆点以下 0.5m 位置，然后对注浆管路进行问题排查，问题解决后继续喷浆搅拌；当停机时间较长，防止注浆管路出现堵塞，可以先拆除注浆管线。3.5.3 三轴搅拌桩冷缝处理（1）主要表现形式：相邻三轴水泥土搅拌桩施工间歇超过 24 h，未形成“套接”及“搭接”的有效组接形式，未起到护壁或止水等作用。（2）产生的主要原因：施工过程中出现机修故障、停电、停水；遇到深层障碍物；施工过程出现交叉等待。（3）主要治理措施：为了保证基坑的止水效果，施工现场机械需定期进行检修维护，现场备用一台发电机，调整好施工工序避免施工交叉等待。3.6 水泥搅拌桩质量检测方法水泥土桩的现场无损检测方法主要有反射波动法和地质雷达法。其中反射波动侧水泥土桩质量是通过，激振锤激励水泥土桩头，脉冲波会沿着水泥土桩向下进行传播，脉冲波在传播过程中遇到缺陷、断面或者桩体则会反射脉冲波，将接收器接收到的反射脉冲波进行采集和处理，分析反射波的频率与波长就可以实现无损监测水泥土桩成桩质量。反射波动法可以监测桩基完整性与桩体缺陷，但是需要有专业的人员对反射波进行分析，否则误差 较大。雷达法是根据电磁波在不同介质传播过程中产生反射，由于不同的地下结构对电磁波的吸收与反射程度不同，通过捕捉反射波的信号可以成像显示地面以下建筑物。地质雷达只能根据反射电磁波判别桩基的位置，难以检测搅拌桩的缺陷及完整性。4 结束语总结了顶管始发井端头地基三轴搅拌桩施工方法，对三轴搅拌桩加固软土地基的施工流程进行了详尽的介绍，并对搅拌桩加固过程中特殊情况的处理措施。分析了两桩水泥土搅拌桩无损监测方法的优缺点，根据现场检测结果来看反射波动法对桩基的完整性进行定量分析。参考文献1 丁江宽.矩形顶管工作井围护结构施工力学分析及优化设计 D.包头:内蒙古科技大学,2014.2 王伟.水泥搅拌桩施工设备改进及无损检测方法研究 D.重庆:重庆交通大学,2020.3 赵永.受毗邻基坑施工影响的某商住楼事故分析与加固设计 J.建筑科学,2020,36(7):152156.4 李佳.软土地层深基坑事故原因分析 J.建筑技术,2019,50(3):309311.5 李瑛,胡德军,叶向前,等.基于事故分析深基坑承压水突涌机理研究 J.地下空间与工程学报,2019,15(3):943948.6 王丽筠,孙伟东,文劲博.预拌流态固化土在深基坑回填工程中应用 J.建筑技术,2021,52(4):460461.7 黄坚生.矩形顶管工作井稳定性三维数值模拟 J.低温建筑技术,2013(5):4.