搅拌桩固壁技术在淤泥质地层地下连续墙施工中的应用

搅拌桩固壁技术在淤泥质地层地下连续墙施工中的应用

刘普前

中铁二十五局集团第五工程有限公司山东青岛266000

摘要：在淤泥质软弱土层进行地下连续墙施工时，由于流塑状淤泥层强度低、抗滑及稳定性差，容易造成连续墙成槽过程中淤泥质粘土塌孔，难以成槽。将水泥搅拌桩固壁技术运用于地下连续墙施工过程中，通过现场试验探究了水泥搅拌桩的施工参数，并结合实际工程总结了淤泥质地层泥浆固壁的泥浆配合比,提出了在施工过程中泥浆的控制指标。结果表明，在此设计参数下的水泥搅拌桩固壁能够保证地下连续墙顺利成槽，解决了在流塑状淤泥质地层中地下连续墙难以成槽的问题，为类似工程提供参考。

关键词：地铁水泥搅拌桩现场试验地铁车站地下连续槽壁

Abstract：Intheconstructionofdiaphragmwallinmuddysoftsoillayer,duetothelowstrength,poorslidingresistanceandstabilityofthefluid-plasticmudlayer,itiseasytocausemuddyclaycavingintheprocessofgroovingofdiaphragmwall,anditisdifficulttogroove.Inthispaper,cementmixingpilewall-fixingtechnologyisappliedtotheconstructionofundergrounddiaphragmwall.Theconstructionparametersofcementmixingpileareexploredthroughfieldtests,andtheslurrymixratioofslurrywall-fixinginmuddystratumissummarizedcombinedwithpracticalengineering,andtheslurrycontrolindexintheconstructionprocessisputforward.Theresultsshowthatthecementmixingpilecanensurethesmoothgroovingofdiaphragmwallunderthedesignparameters,andsolvetheproblemofdifficultgroovingofdiaphragmwallinfluid-plasticsiltystratum,whichcanprovidereferenceforsimilarprojects.

Keywords：subway;cementmixingpile;fieldtest;subwaystation;undergroundcontinuouswall

随着我国地铁隧道的快速发展，地铁建设也取得了举世瞩目的成就。由于我国国土资源广阔，在地铁修建的过程中所遇的复杂地层层出不穷。特别是对沿海滩涂区采用明挖法修建地铁车站时，由于淤泥质地层的存在，地下连续墙成槽困难，易造成缩颈及塌孔。单纯的泥浆固壁不能满足地下连续墙槽壁稳定性的要求，设计上提出用水泥搅拌桩加固地下连续墙槽壁的方法，以保证地下连续墙顺利成槽[1-3]。

地下连续墙的槽壁稳定分析一般采用极限平衡方法。极限平衡方法所假定的滑动体有三棱柱形(楔形)、半圆柱形、斜截半圆柱形、抛物线形等[4]。王盼[5]、金亚兵[6]等人总结了槽壁失稳机制，用极限平衡方法建立槽壁滑动体的三棱柱模型，给出了在水泥搅拌桩加固作用下槽壁失稳的安全系数计算公式。但并未对淤泥质地层水泥搅拌桩的施工参数做深入研究。易岸峰[7]、崔根群[8]等人运用朗肯土压力模型建立滑动体破坏模型推导了在泥浆固壁条件下泥浆重度的计算公式，并未对水泥搅拌桩加固的条件下，对泥浆重度进行优化设计。

本文依托深圳国际会展中心配套市政项目，采用现场试验的方法，确定了在淤泥质地层水泥搅拌桩固壁条件下，水泥搅拌桩水灰比、水泥参量等施工参数，总结了考虑水泥搅拌桩固壁的条件下，淤泥质地层下泥浆施工工艺。

1工程概况

依托地铁车站总建筑面积为23738.8m2，车站长438m，车站标准段宽度20.7m，站台宽11m，埋深约16.5m，顶板覆土约3.0m。会议中心站为地下两层双跨岛式结构，其剖面图如图（1）所示。车站主体基坑采用明挖顺做法施工，车站主体围护结构为地下连续墙。

图1会议中心站标准段剖面图（单位mm）

工程地域为第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水两种类型。孔隙水主要赋存在人工地层中，该地层透水性差。基岩裂隙水基岩孔隙不发育，裂隙仅少量发育，且裂隙连通性和透水性较差。地下水位埋深为0.4~2.1m，基岩裂隙水稳定水位埋深为19.0~20.0m。根据地勘报告土体物理力学参数如表1所示。

表1土体参数

2水泥搅拌桩参数设计

2.1搅拌桩设计方案

地下连续墙槽壁加固采用两侧各2排直径500@500×400（纵×横）单轴搅拌桩咬合加固。加固方案平面大样图如图2所示。

2.2水泥搅拌桩参数确定

根据淤泥质地层水泥搅拌桩固壁设计方案需进行现场试桩试验，确定所用水泥品牌、水灰比、包固料掺入量、钻进速度、提升速度、喷浆压力、单位桩长喷入量及喷搅次数等施工参数。

图2搅拌桩槽壁加固平面大样图（单位mm）

2.2.1水灰比确定

分别采用0.55和0.7水灰比配制水泥浆液进行现场试验，实验结果显示，当采用水灰比为0.7的水泥浆液，泵浆较连续，未出现多次管道、钻杆堵塞的事故，能保证施工连续性。试桩结果证明水灰比采用0.7满足搅拌桩的施工要求和强度要求，故水泥搅拌桩水灰比确定为0.7。

2.2.2水泥参量确定

为探究在不同水泥品牌及不同水泥参量情况下，水泥搅拌桩无侧限抗压强度达到0.6Mpa下的最优水泥参量。通过控制水泥搅拌桩水灰比，下沉提升速度，做了10组试验。试验方案如下表2所示：

表2水泥搅拌桩试验方案

各组水泥搅拌桩无侧限抗压强度如下图3所示：

(a)(b)

(c)(d)

图3各组试验桩无侧限抗压强度

经过试验结果对比分析，第四、五组和第九、十组参数试验结果满足设计要求的强度，第一、二、三、六、七、八组部分不满足设计要求的强度。第五、十组增加了水泥用量，在能满足设计强度的要求下不建议增加水泥掺量。故建议采用第四组、第九组参数用于后续施工，即水泥浆液按照水泥掺量21%、水灰比0.7进行配制。

2.2.3其他参数确定

(1)水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。

(2)喷浆和搅拌速度需严格控制，机头提升速度按0.8～1m/min，控制重复下沉和提升速度，搅拌轴转速60～70r/min，注浆泵出口压力应保持在0.4～0.6Mpa。

(3)当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。

(4)搅拌桩垂直度现场施工时提高控制要求，按不大于1/100控制。

(5)为确保主体结构净空尺寸，地连墙向基坑外外放10cm控制，槽壁加固搅拌桩从外放后地连墙中轴线向两侧各外放10cm控制。

2.3泥浆制备工艺

2.3.1固壁泥浆施工流程图及配制

图4泥浆系统工艺流程图

护壁泥浆—泥浆材料先配制增粘剂溶液静置5小时，按配合比在搅拌筒内加水，加膨润土，搅拌3分钟后，再加入增粘剂溶液；搅拌10分钟，再加入分散剂，搅拌均匀后，放入储浆箱内，待24小时后，膨润土颗粒充分水化膨胀，即可泵入循环池，以备使用。槽壁泥浆各项技术参数见下表3所示，护壁新泥浆各项技术指标如表4所示。施工过程中采用动态监控数据以便及时调整泥浆指标，如果不能满足槽壁土体稳定，须对泥浆指标进行调整。

2.3.2泥浆循环系统：

泥浆循环采用5台3PNL泥浆泵输送和回收，由泥浆泵和软管组成泥浆循环管路。

①在挖槽过程中，泥浆由循环箱注入开挖槽段，边开挖边注入，保持泥浆液面距离导墙面0.2米左右，并高于地下水位1米以上。

②清槽过程中，采用泵吸反循环，泥浆由循环箱泵入槽内，槽内泥浆抽到滤砂器，经物理处理后，返回循环池。

③砼灌注过程中，上部泥浆返回滤砂器，而砼顶面以上4米内的泥浆排到废浆箱，原则上废弃不用。

图5固壁泥浆现场试验图

表3泥浆配合比

表4施工过程中泥浆控制指标

3结语

（1）淤泥质地层地下连续墙成槽除需用泥浆固壁以外还需用双层水泥搅拌桩固壁。

（2）水泥浆液按照水泥掺量21%、水灰比0.7进行配制。机头提升速度按0.8～1m/min，控制重复下沉和提升速度，搅拌轴转速60～70r/min，注浆泵出口压力应保持在0.4～0.6Mpa。

（3）根据现场试验，总结出采用水泥搅拌桩固壁条件下的泥浆重度等参数指标。实践结果表明用水泥搅拌桩加固后槽壁所用的泥浆重度比单纯泥浆固壁下的重度小，在此泥浆重度之下，能保证地下连续墙顺利成槽。

参考文献

[1]李琦.水泥搅拌桩施工的质量控制要点[J].铁道建筑,2013(10):72-74.

[2]王官.深层搅拌桩在软基处理中的应用[J].铁道建筑,2005,4(9):77-

79.

[3]王树栋,娄国充.水泥搅拌桩在天津沿海软基加固中的应用[J].铁道建筑,2008(10):88-89.

[4]FoxPJ．Analyticalsolutionsforstabilityofslurrytrench[J].JournalofGeotechnicalandGeo-environmentalEngineering，ASCE，2004，130(7):749～758.

[5]王盼,李松,胡继业.搅拌桩加固作用下地下连续墙的槽壁稳定分析[J].工程勘察,2016,44(5):26-29.

[6]金亚兵.地连墙槽壁加固稳定性计算方法研究[J].岩土力学,2017(s1):305-312.

[7]易岸峰.地下连续墙成槽施工泥浆重度计算方法研究[J].铁道科学与工程学报,2017,14(5):1019-1023.

[8]崔根群,刘瑶.基于槽壁稳定性的地下连续墙成槽施工泥浆重度计算方法[J].现代隧道技术,2018(1).