三轴搅拌桩在海底隧道中的应用

　　摘要：通过介绍三轴搅拌桩在横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道工程的应用，谈谈SMW工法桩和超深三轴水泥搅拌桩的施工工艺、质量控制注意事项、施工遇到的问题及其应对方法。

　　关键词：三轴搅拌桩、SMW工法桩、超深三轴水泥搅拌桩。

　　前言：SMW是SoilMixingWall的缩写，是我国从日本通过技术引进，结合中国实际消化吸收、再创新的工程技术，现在该技术已在上海、天津等软土地区得到应用，国内越来越多的地区也开始采用该技术。工法桩是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。而三轴水泥搅拌桩，是以水泥作为固化主剂，通过三轴搅拌机将固化剂和地基土强制搅拌，使地基土硬化成具有连续性、抗渗性和一定强度的桩体，用于阻隔或减少地下水通过基坑侧壁与基底入基坑而设置的幕墙状竖向截水体。

　　1工程概况

　　横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道工程是为服务澳门大学横琴新校区而建的过海隧道工程，过海隧道是澳门大学横琴新校区与澳门联系的唯一的通道。工程范围西起珠海横琴岛澳门大学校区，下穿十字门水道后，东至澳门路莲花海滨大马路，平面线型成“Z”字型。

　　2工程地质、水文情况

　　隧道处覆盖层主要为人工素填土、细砂、第四系海陆交互沉积淤泥、第四系冲积粘土、淤泥质粘土、细中砂、中粗砂、砾砂积第四系残积砂质粘性土。下伏基岩为燕山晚期花岗岩，全风化花岗岩、强风化花岗岩、中～微风化花岗岩等。

　　1)河道河床区Ⅰa：主要位于十字门水道范围内，在施工期间，河水潮水位一般2.00～2.50m。水下上覆土层主要有：沉积淤泥层;冲积粘土、淤泥质土、细中砂、中粗砂、砾砂层以及残积砂质粘性土层组成。

　　2)岸坡阶地区Ⅰb：主要位于十字门水道河岸两侧，施工期间地下水位0.80～1.50m。上覆土层主要有：人工堆填素填土、细砂层;沉积淤泥层、冲积粘土、淤泥质土、细中砂、中粗砂、砾砂层以及残积砂质粘性土层组成。

　　3设计原则

　　1)基坑设计应满足安全可靠、经济合理、施工便利的要求。

　　2)本工程施工采用明挖顺作，围护为基坑开挖时的挡土结构，使用阶段不参与主体结构受力。

　　3)围护结构要确保施工期安全可靠，控作其变形和沉降，防止对周围环境产生明显不利影响。

　　4)根据《建筑基坑支护工程技术规程》广东省标(DBJ/T15-20-97)进行基坑等级划分。KO+170~370段基坑工程环境保护等级为三级;KO+370~K1+210及横琴岸出入口段基坑工程环境保护为二级;澳门岸KO1+210~600段基坑工程环境保护等级为一级。

　　5)基坑变形控制要求：一级基坑围护墙体最大水平位移不大于30mm，二级基坑不大于50mm，三级基坑不大于100mm。

　　4三轴搅拌桩的施工

　　根据设计要求，横琴岸K0+220~KO+470基坑及出入口采用工法桩作为围护结构。海中段采用三轴超深水泥搅拌桩桩作为止水帷幕。

　　4.1工法桩的施工

　　本项目横琴岸K0+220~K0+470和澳门岸K1+400~K1+600段基坑采用SMW工法桩围护，桩身长度在6.5米~33米之间，其中K0+220~K0+340和K1+460~K1+600段采用φ650@450mmSMW工法桩,内插HN488*300*11*18mm型钢，为插一跳一型;K0+340~K0+470和K1+400~K1+460段采用φ850@600mmSMW工法桩，内插HN700*300*13*24mm型钢，为插一跳一型。此外K0+500-K0+560左侧人行出入口采用φ850@600mmSMW工法桩支护，密插HN700*300*13*24mm型钢。

　　SMW工法围护桩施工工艺流程如下图

　　为保证三轴水泥搅拌桩的连续性和接头的施工质量，达到设计要求的防渗要求，主要依靠重复套钻来保证。下图阴影部分为重复套钻,内插型钢。

　　水泥搅拌围护桩施工顺序图

　　工法桩质量控制要点

　　1)水灰比的控制，水泥用量的控制，垂直度以及桩位的控制。

　　2)压浆管堵塞

　　如发现压浆管堵塞，应立即停泵处理。待处理结束后立即把搅拌钻具上提和下沉2.0m，待注浆10～20s后，才能向上提升搅拌，以防断桩发生。应注意施工中的堵管现象的发生，防止开挖后出现断浆漏水的情况。

　　3)施工冷缝的处理

　　施工过程一旦中断超过12h时，出现冷缝则采取在冷缝处围护桩外侧补搅素桩方案。在围护桩达到一定强度后进行补桩，接桩水泥掺量为25%，以防偏钻，保证补桩效果，补桩与围护桩搭接厚度约10cm。施工冷缝处理见下图。

　　4)基坑开挖所造成的SMW挡墙变形使型钢产生弯曲，减摩剂性能或施工质量等原因，都会致使H型钢的拔出存在困难，或拔出后较难重复使用,因此必须保证型钢的平整度和涂擦减摩剂的均匀，才能有效拔出问题。

　　5)注意施工中沉浆杂质的厚度，一定按设计交底标高施工，厚度过大将导致型钢插入困难，标高达不到设计要求，高低不平。故此应进行搅拌抽渣。

　　6)确保设计要求的工字钢起吊后准确地插入桩位，以及在下沉过程中平面位置和垂直度的控制，这是该施工工艺的关键所在。H型钢的插入误差将影响到后期的钢筋绑扎、模板安放、钢筋保护层厚度、圈梁水平度及漏水现象的发生等。

　　7)根据水泥初凝时间，掌握和控制好加固区域的初凝时间，在最佳时段插入型钢。经过分析确定搅拌桩完成后30分钟内必须完成插桩。

　　8、在水泥土强度增长前，插入型钢很容易，但至标高后，必须控制其继续下沉直到水泥土完全固结。必须控制好型钢标高，直到加固区域水泥土终凝。

　　9)基坑回填后，要克服摩阻力将型钢拔出。考虑到钢筋和凝固后水泥土的咬合力，拔出非常困难，但只要减小和克服桩身摩阻力，一旦松动就很容易拔出。

　　4.2海中段超深桩施工

　　海中段超深三轴搅拌桩为水泥墙止水帷幕，桩身长度在45.10米~50.50米之间，高度为33米的DH658-135M打桩机悬挂MAC-240(Φ850mm@600mm)搅拌机具进行施工，施工中采用加接钻杆的方式。由于海中段隧道的两侧搭建两条宽度为12米的钢栈桥，结合隧道围护结构状况，在钻杆加接过程中需要一个施工辅助平台，用于承载和加接备用钻杆。其工作主要内容分为：搅拌机具的拼装、施工场地处理、拌浆供浆系统的布置、施工辅助平台的制作及搭设、钻杆预置处理。

　　三轴超深桩施工工艺流程如下图

　　接杆工艺步骤如下

　　步骤1：高度33米的DH658悬挂钻杆长度为30.7米的搅拌机具钻进至地下27.7米后，钻杆提升2米停转钻并拆开钻杆，使长度为25.7米的螺旋钻杆停留在桩位内，此时DH658悬挂钻杆长度为5米。

　　步骤2：悬挂钻杆长度为5米的DH658行走至预置的1组钻杆(预埋钻杆长度24米)处，连接并悬挂好该组钻杆后，回到施工桩位。

　　步骤3：将DH658悬挂的钻杆(长度29米)与桩位内的钻杆(长度25.7米)连接并钻进，根据现场施工深度需要钻进43.5米~50.5米(以作业平台算起，其高程2.5m)。

　　步骤4：提升搅拌至钻杆接头处位于拆开钻杆位置后，拆开钻杆，行走DH658至预置钻杆位置，放入钻杆。

　　步骤5：行走DH658至施工桩位，接上桩位内的钻杆，提升搅拌结束.

　　超深三轴搅拌桩施工过程注意事项

　　1)严格控制下钻，提升的速度和深度。钻头钻进速度不大于1m/min,提升速度不大于2m/min。特别注意的是，下钻太快，搅拌不均匀，很容易导致埋钻。

　　2)保证垂直度，垂直度偏差小于0.5%。桩机桩位必须对中，桩位平面偏差小于50mm，如发现偏差过大，要及时调整。

　　3)由于超深止水帷幕不用插型钢，所以必须控制好桩位，在测量放线结束后标定好每副桩的位置并做出明显标记，做好施工记录，防止漏桩。

　　4)当钻杆因停电或其他因素停顿时间过长导致埋钻的时候可在水泥初凝前采用高压旋喷桩机在搅拌桩周围钻孔，并用清水旋喷切割搅拌桩及周围土壤，使水泥浆松散后慢慢提升钻杆;为避免此情况发生现场须配备4台300KW功率的发电机备用。

　　5结语

　　三轴搅拌桩技术在我国的应用范围越来越广，适用于填土、淤泥质土、黏性土、粉土、砂性土、饱和黄土等地层。但目前国内尚没有该技术统一的专项标准，由于各地区土层地质条件的差异，其设计和施工方法不相同，且缺乏相应的检验要求，使得型钢水泥土搅拌桩设计施工水平参差不齐，有些甚至影响基坑安全。考虑到澳门大学海底专用隧道的重要性，结合试桩情况，专家组对该工艺进行了可行性和适用性分析，决定采用三轴搅拌桩作为该工程两岸的围护结构和海中的超深止水帷幕。实践证明，与单轴和双轴相比，三轴搅拌桩搅拌更加均匀，施工工效好，施工环境得到改善，取得了良好的社会效果。

　　参考文献：

　　[1]横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道围护结构设计图

　　[2]《型钢水泥土搅拌墙技术规程》(JGJT199-2010)

　　[3]《地下工程防水技术规程》(GBJ50108-2008)

　　[4]《广东省建筑基坑支护工程技术规程》(DBJ/T15-20-97)

　　[5]《工程测量规范》(GB50026-93)

　　[6]《地基处理技术规范》(DBJ08-40-94)

　　[7]《挡土结构与土方工程规章》32/97/M

《三轴搅拌桩在海底隧道中的应用》

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