深层水泥搅拌桩在深基坑支护与开挖中的应用
摘 要：曹妃甸工业区位于唐山市南部沿海，是首批国家级循环经济示范区与科学发展示范区。曹妃甸工业区陆域为吹砂造地形成，土质情况十分特殊，淤泥、淤泥质土、粉土和含水量大的粘性土、粉质土等深土基分布很广，深基坑支护与开挖作业极为不易。深层水泥搅拌桩技术具有具有经济省、截水强、自稳好、施工简单的优点，经曹妃甸工业区环保产业园配套服务基站科研服务楼实例工程检验，施工应用非常成功。通过推广，深层水泥搅拌桩技术必将在深基础支护与开挖工程中得到越来越广泛地应用。
关键词：曹妃甸工业区；吹砂造地；淤泥质土；粘土；深基坑支护；深层水泥搅拌桩；管井降水。
中图分类号： TU74 文献标识码： A
地基基础施工技术的进展主要体现在深基础施工方面，其中又以深基坑和桩基础施工技术为代表。深基坑开挖的深度和规模都有增大的趋势，其支护形式也有新发展。20世纪50年代，埋深超过5米的基础工程被定义为深基础工程，20世纪70年代，北京、上海等地的高层、多层建筑的地下室均为4米左右的单层地下室，20世纪80年代后，各大城市深基坑工程陆续增加，自20世纪90年代中期以来，我国的高层建筑日益增多，建筑面积越来越大，基坑工程凸显出超大规模、超深开挖的特点。
曹妃甸工业区位于唐山市南部沿海，是首批国家级循环经济示范区与科学发展示范区。曹妃甸工业区陆域为吹砂造地形成，土质情况十分特殊，场地需土地整理后才能进行基础开挖作业，而土地整理有其局限性，处理深度约为2.2～7.2米，地表层土下仍为尚未固结的流塑状态粉质粘土，因此，基坑支护、降水方式的选择和如何保证支护、降排水效果是工程深基坑支护与开挖的难点问题。
1 工程概况
2深基坑支护
曹妃甸工业区环保产业园配套服务基站科研服务楼场地原地貌为大面积海边滩涂、淤泥，开始土地整理工程施工时值雨季，基础开挖之后由于土体平衡被破坏，原有的上部土压力消失，开挖深度以下的淤泥质粉质粘土（或流/软塑性粉质粘土）会在开挖范围外部土体竖向压力的作用下向基坑内部扩散，使得基础底部土体隆起，边坡土体在下部土层的作用下向基坑内产生侧向滑移，造成边坡坍塌，土方无法开挖，迫使预应力管桩被剪断。即使勉强能进行土方开挖，垫层浇筑时也需采用高强度砼并配钢筋网，否则基础底部淤泥质粉质粘土（或流/软塑性粉质粘土）土体隆起会造成垫层破坏；如果浇筑完基础，在砼基础强度上来之前还会造成基础隆起、开裂，甚至位移。
鉴于上述问题，结合土地整理专家意见及地勘资料，综合考虑工期、造价、环保、施工工序等因素后，决定先进行基坑外围支护、再进行土方开挖和基础工程施工。采用深层水泥搅拌桩基坑支护为本工程最为适用的基坑支护方法，重点进行了深层水泥搅拌桩基坑支护的设计工作。
2.1深层水泥土搅拌桩优势
深层水泥土搅拌桩是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成水泥土柱状圬工构筑物，其连续搭接的加固体就形成围合挡墙。水泥土支护桩的优点：
（1）由于坑内无支撑，便于机械化快速挖土，具有挡土、止水的双重功能；
（2）常规情况下较经济。施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微，适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且承载力标准值≤120kPa的粘性土等地层，可有效保证基坑开挖过程坑壁的稳定，防止边坡坍塌；
（4）基础底部的淤泥质粉质粘土（或流/塑性粉质粘土）采用水泥搅拌桩进行地基处理，可以有效防止防止坡脚高流塑性淤泥由基坑支护下端向坑内涌进，造成基坑内部土体隆起，破坏管桩、垫层和砼基础。
2.2深层水泥土搅拌桩设计
曹妃甸工业区环保产业园配套服务基站科研服务楼搅拌桩共计7排，局部深基坑9排，形成墙厚度分别为2.9米和3.7米，桩长分别为11m和13.9米，桩径500mm，桩间距400mm，搭接大于100mm；水泥浆水灰比为0.6，水泥掺入比为≥15%。形成挡土墙距离地下室外墙1.9m 。
根据设计参数，利用solidworks软件绘制出搅拌桩立体图，以更好的指导现场施工，立体图包括搅拌桩位置及降水系统的布置。
图1 Solidworks软件立体图
（降水井布置及搅拌桩示意图）
2.3深层水泥土搅拌桩施工
2.3.1施工技术参数
（1）搅拌中严格控制下沉速度和提升速度，提升速度控制在0.5m/min，保证土体充分搅碎；
（2）提升进程中水泥浆液供应必须连续，保证供浆压力早0.4-0.6 Mpa，保证桩体连续均匀。搅拌桩的垂直偏差不得超过5%；为预防搭接不严，搅拌桩施工搭接位置桩施工时间间隔不得超过24小时；
（3）施工使用P.O42.5水泥，控制掺入比，为保证成桩质量掺入一定量的生石膏或粉煤灰，增加抗腐蚀能力。
2.3.2工艺流程
水泥土搅拌桩施工：桩位放线→钻机就位→搅拌下沉→送浆、搅拌提升→复搅下沉→搅拌提升成桩→移机至下一桩位。 图2 深层水泥土搅拌桩操作工艺图
2.3.3施工顺序
（1）坐标及标高控制
根据规划设定的控制点，引测出便于施工中随时利用的控制点至基坑外，作为施工期间保留控制点。根据控制点定出基坑开挖边线及桩中心线，并请现场工程师和监理单位进行验点复线。根据提供的高程控制基准点。沿现场周边均匀引测标高控制点到基坑周边围墙上，作为施工时标高控制点。
（2）钻机就位
场地整平后，按要求将深层搅拌机移到指定桩位，并对中。施工时通过测放轴线用钢尺控制桩位偏差应小于5cm，用经纬仪在垂直方向控制桩的垂直度偏差不超过1.5%。
（3）预搅下沉
待深层搅拌机的冷却水循环正常后，起动搅拌电动机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电动机的电流表控制。工作电流不大于70A。
（4） 制备水泥浆
按设计要求的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。
（5） 提升、喷浆并搅拌
深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基土中，并且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌头。
（6）复搅下沉
为了保证桩体的完整性，本工程中采用复搅方法。喷浆搅拌时，搅拌头的提升速度不应超过0.5m/min。
（7）移位：桩架移至下一个桩位施工并对中。
3管井（深井）降水
4土方施工
土方开挖采用分层分段开挖的方式，土方开挖整体分三层进行，分段按设计基础图伸缩缝进行划分挖土采用4台短臂挖掘机，4台加长臂挖掘机进行开挖，土方车辆10台，每天运出土方量大约3400m3，长短臂挖掘机配合开挖，开挖采用分层开挖。弃土由自卸汽车运土至指定卸土点，运距为4公里。
图5 土方分层开挖示意图
5结论及展望
曹妃甸工业区环保产业园配套服务基站基坑支护与开挖施工历时工期80天，未发生坑壁坍塌、坑底冒水、断桩斜桩等安全危险事故，经现场实际施工检验，深层水泥搅拌桩在深基坑支护与开挖中发挥了良好稳定地围护作用，具有经济省、截水强、自稳好、施工简单的优点。因此，深层水泥搅拌桩必将在处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量的粘性土、粉质土等地基中得到越来越广泛的应用，也将在曹妃甸工业区深基础支护与开挖工程中得到推广。