深层水泥搅拌桩？
1简介
随着我国城市建设和改造的快速发展，基坑支护技术也在不断提高。深基坑工程往往位于繁华城市、建设用地紧张、旧城改扩建、高层建筑等区域。基坑支护虽然是临时性工程，但其技术远比永久性基础设施或上部结构复杂。稍有不慎，不仅会危及基坑本身的安全，还会对附近的建筑物、道路、桥梁等造成危害。它涉及围护工程、土方开挖和支护工程等。近年来，深层水泥搅拌桩结合钢管喷射混凝土和锚杆支护技术得到了很大的发展，该方法安全可靠，节省时间，适用于工程建设项目的基坑支护。
2工作原理
2.1深层水泥搅拌桩工作原理
深层水泥搅拌桩是一种广泛应用的地基加固和基坑支护止水方法。它以水泥等材料为固化剂，通过专用搅拌机将软土和水泥浆强制就地搅拌，使软土硬化成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固体，从而提高地基土的强度和物理力学性质，增加变形模量。适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、饱和黄土、粘性土、素填土和不含流动地下水的饱和松散砂土。在基坑支护中，深层水泥搅拌桩也作为基坑的超前支护结构。
根据工程地质的揭露，如果地层中含有砂层，在搅拌水泥浆的同时可以放入一定比例的水泥粉，以增加水泥浆的稠度和密封效果。
2.2钢花管支架的技术原理
钢花管支护是土钉墙支护结构的一种方法。其基本原理是将主动区(滑动区)的加筋材料产生的拉力传递到阻力区，增加滑动面上的竖向应力，进而提高土层的抗剪强度，滑动面上的加筋材料借助土层提供的被动土压力，产生剪力和弯矩来抵抗主动区的滑动，从而达到稳定开挖面的目的。也就是说，基坑土体开挖引起的主动区不平衡土压力通过混凝土表面和钢管锚，最终由钢管锚承担。开挖边坡的抬升和整体稳定也是通过钢管对土体的加固来实现的。
基坑土方开挖前，先进行坡顶挡水沟的施工，然后分层开挖；第一层土方开挖后，在土体表面喷第一层混凝土。
钢花管锚固支护结构由钢花管锚固和喷射钢筋混凝土表面两部分组成。将一定直径的钢管做成滤管(花管)，埋端加工成桩尖状，滤孔相对，孔(制管尖)前端焊接钢筋或角钢板，在孔前形成倒刺和保护块。然后用冲击锤或土钉将钢管按设计的角度和位置打入土中，然后进行高压注浆。坡面喷钢筋网，同时设置钢筋并与锚头焊接，然后喷第二层混凝土。
待上部钢花管锚注完成一定时间后，进行下一层土方开挖，该层采用喷射混凝土支护。喷射混凝土工作完成后，及时施工基坑底部排水沟和集水井。
钢花管锚杆支护技术设计主要依据《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)。
3工程应用实例
3.1项目概述
湖南某项目位于市中心。该工程为框架结构，地上十八层，地下一层。地下室基坑为52.0m×92.0m，开挖深度为5.0 m ~ 5.5 m，基坑围长约288.00m，基坑支护面积约为1.580 m2。基坑支护结构主要采用深层搅拌桩作为止水帷幕，钢花管锚固支护结构，分为四个支护段。
3.2工程地质
根据岩土工程勘察报告，场地地形平坦，场地岩土层分别为填土、冲积层、残积层和花岗岩。详见表1。
场地地下水位约为1.50m，地下水含水量丰富。地下水主要是上层滞水和承压水。
3.3施工难点分析
项目场地狭窄，三面为建筑物，东面为3-4层天然地基的住宅楼，西面为市政道路，北面为四层临建设施(见图1)；只有基坑边坡南侧可以大于1: 1的坡度，其他基坑边坡接近垂直。施工期间，必须确保相邻建筑物、市政道路和市政管线的安全。
由于地下水位高，土质相对较差，降水、止水措施和基坑支护质量成为工程施工的关键。施工期正好是南方的雨季，基坑开挖的止水和土质边坡的稳定是安全施工的保证。
3.4主要技术措施
3.4.1深层水泥搅拌桩围护及止水
深层水泥搅拌桩用于加固基坑周围土体，防止周围地下水渗入基坑，同时作为基坑的超前支护结构，增加边坡的稳定性，如图1所示。
深层水泥搅拌桩的施工设计:
(1)搅拌桩采用一排φ 600 @ 400 mm，采用32.5R普通硅酸盐早强水泥，水灰比0.50~0.55，水泥渗透量45kg/m，泥粉10kg/m，见图2；
(2)搅拌桩采用四搅四喷的施工工艺，桩端控制深度约7.0m，桩端进入稳定隔水层；
(3)搅拌桩的桩位偏差不超过50mm，搅拌桩的垂直度偏差不超过65438±0%；
(4)必须保证桩与桩之间的搭接质量，相邻桩之间的间隔不得超过24h；
(5)使用搅拌浆机制浆时，每次投料后搅拌时间不得少于65438±00min，配制好的水泥浆静置时间不得超过2小时；
(6)钻孔喷浆搅拌至设计桩底标高，喷浆应在原位搅拌30s；
3.4.2钢花管螺栓支架的设计
(1)根据场地岩土工程勘察报告，土层的物理力学指标见表2。
(2)基坑周边根据边坡情况可分为A区、B区、C区三个区域，其中A区在基坑东侧，B区在基坑西侧和北侧，占基坑支护长度的一半，C区在基坑南侧；A、B区采用土钉墙支护，C区采用自然边坡搅拌桩止水。
根据建筑地下室结构设计，基坑支护采用钢花管锚杆支护结构(土钉墙)型式，基坑侧壁重要性系数1.0，基坑深度5.5m，地下水位-1.5m，墙坡角90O；各区域分级参数的选择见表3。
(3)A区和B区支撑型材设计四排钢花管，设计参数选取见表4。图纸设计:见A区、B区、C区支架剖面图(图3、4、5)。
具体设计要求:
普通锚采用φ48钢花管，长度6m~9m，倾角15。压力灌浆水泥为32.5R普通硅酸盐水泥浆液，底部一次灌浆，灌浆压力达到0.6MPa~0.8MPa，灌满浆液后稳压3min~5min。灌浆孔附近的混凝土应具有抵抗灌浆产生的压力的功能。②钢筋焊接长度:单面10d，双面5d；如果采用搭接，搭接长度为40d；(3)边坡采用挂钢筋网喷射混凝土，钢筋网采用φ 6 @ 200× 200，骨架钢筋采用φ 16，沿锚位布置。喷射混凝土总厚度为100，强度等级为C20，如图6、7所示。(4)锚体的强度大于设计强度的70%，方可进行下一层土方开挖；⑤上部钢花管锚杆灌浆完成一定时间后，进行下一层土方开挖，并在该层进行喷锚支护。喷锚工作完成后，及时进行基坑底部排水沟和集水井的施工。
3.5施工工艺流程
3.5.1深层水泥搅拌桩施工
1)工艺流程:测量定位→深层搅拌打桩机就位→预拌钻孔→喷浆搅拌提升→重复搅拌钻孔→重复搅拌提升→至孔口→关闭搅拌机→打桩机就位；
2)施工技术措施
①测量要求:根据桩位的轴线点和控制点，精确测设桩位，偏差≤50mm；
②桩机对中:施工时钻头严格对准桩位(误差小于等于20mm)；调整打桩机，保证提升设备的平稳性和导向架的垂直度(垂直度偏差不超过1%)，桩位偏差不超过50mm；
③泥浆配制:泥浆严格按照水灰比0.50~0.55配制，水泥配合比10%~12%。按土层平均比重约1.6T/m3，桩径600mm计算，为0.28m3/m× 1.6t/m3× 600。按每根桩一池浆的要求，一次性配制使用；
④钻头检查:每班开始前检查一次钻头，钻头直径为
⑤搅拌桩采用“四搅四喷”工艺，即喷射工艺按“两遍两遍”的顺序进行，下放和提升速度满足施工设计要求；
⑥采用32.5R普通硅酸盐水泥，每批水泥应有合格证和材料性能试验报告。不同品牌和批次的水泥不得同时使用。
3.5.2钢花管螺栓支撑施工
1)边坡支护施工流程:①人工修坡→ ②喷射混凝土→ ③敲入钢管→ ④高压灌浆→ ⑤挂网、焊接钢筋及锚固→⑤喷射混凝土；
2)钢管锚施工工艺:
①管道加工:用φ 48钢管做滤水管(花管)，埋地端加工成桩尖形状。滤水孔的相对间距为500mm，孔的前端(制管尖端侧)焊接钢筋或角钢块，在孔前形成倒刺和保护块，如图8所示。
(2)打钉:用冲击锤或打钉土机将钢管按设计角度和位置对齐，将钢花管打入土中至设计长度。
(3)压力灌浆:采用灌浆泵，通过高压灌浆管连接到钢管头，采用低压缓慢灌浆技术，压入水泥浆，采用32.5R水泥，按水灰比0.50~0.55配制水泥浆，加入早强剂，灌浆压力达到0.6MPa~0.8MPa，稳压3min~5min，即可停止灌浆。
3)锚喷支护施工工艺:
(1)根据设计要求开挖工作面，修整边坡；根据土质情况，表面混凝土喷一次或两次；
(2)砸钢管；
(3)绑扎钢筋网，预留搭接筋(上下网筋长度为300mm)，钢筋网误差不得大于20mm，焊接钢筋，并用钢管头加强筋骨焊接；
(4)喷射细石混凝土至设计厚度，厚度控制可采用锚头或插桩，混凝土必须添加速凝剂。
⑤上层喷射混凝土完成3d后，即可进行下一层的开挖和喷射混凝土，如此循环直至坑底标高。⑥喷射混凝土表面的混凝土应在喷射混凝土完成后7d内养护。
4建设效果评估与总结
本工程采用深层水泥搅拌桩和钢花管锚相结合，充分发挥了两种方法的优势。经现场开挖监测和位移观测，A区最大位移为6mm，B区最大位移为5mm。
在本次基坑支护工程中，在确定深层水泥搅拌桩结合钢花管喷射混凝土和锚杆支护的方法之前，详细论证了其他支护结构，如深层水泥搅拌桩结合排桩支护的方法，可节约35%的工程造价。在松散松散砂层和粉砂层中，深层水泥搅拌桩作止水时，适当渗透搅拌水泥粉和水泥，止水效果好，成本降低。本基坑支护工程有效工期为45d，与土方开挖交叉，工期短，为施工争取了时间。
基坑支护设计应考虑土方开挖及开挖方式和顺序对水平支护结构体系变形的影响，加强工程动态检测及其结果的及时分析和设计研究，对基坑支护具有指导作用。实践证明，本文所述的深层水泥搅拌桩和钢花管喷锚支护在基坑支护工程中的应用是成功的，不仅效果好，而且成本低，针对性强，值得推广。
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