粉噴樁內(nèi)插型鋼在流塑淤泥中的施工

淤泥土質(zhì)具有孔隙比大、含水量高、強(qiáng)度低、變形大、滲透性差、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、壓縮性高，并有觸變性、流變性以及不均勻性。流塑狀淤泥質(zhì)土強(qiáng)度低，對(duì)坡比改變的敏感性差，在坑邊堆載作用下變形很大，如就地同時(shí)挖填會(huì)對(duì)基坑穩(wěn)定性具有雙重不利影響；淤泥土透水性弱，固結(jié)緩慢，基坑竣工后變形仍會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。易發(fā)生局部塑性破壞、整體滑坡、整體失穩(wěn)、剪切破壞、較大沉降和不均勻沉降。蠕變會(huì)使基坑持續(xù)變形，強(qiáng)度降低致使土體內(nèi)的應(yīng)力水平很高時(shí)，可能會(huì)發(fā)生非衰減蠕變?cè)斐苫舆吰缕茐?。水泥攪拌樁是一種常見(jiàn)加固軟土地基的處理方法，以樁的形式對(duì)軟土地基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。以水泥或石灰作為固化劑，使用專門的攪拌機(jī)械，在鉆進(jìn)時(shí)噴射漿體或霧狀粉，將原位土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，固化劑中含有活性物質(zhì)與軟土的礦物質(zhì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，硬結(jié)成水泥土圓柱體，樁周土得到部分改善，水泥加固土與天然地基共同作用形成整體性、水穩(wěn)性均更好的復(fù)合地基，地基強(qiáng)度和變形模量均明顯增大，共同承擔(dān)上部荷載。勁性水泥土樁攪拌法（SMW工法），目前在我國(guó)，特別在長(zhǎng)三角地區(qū)有較廣泛使用。水泥攪拌樁本身具有良好的抗?jié)B性能，但在流塑狀淤泥土地區(qū)單排或雙排水泥土攪拌樁本身的抗剪能力往往不足，在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼或其他種類的受拉材料，形成勁形樁，基坑側(cè)面壓力主要由H型鋼承擔(dān)。H型鋼樁之間尚有空隙，結(jié)合攪拌樁能有良好止水效果。H型鋼的抗彎剛度明顯較大，通過(guò)等剛度換算成圓形截面混凝土樁，H400型鋼的抗彎剛度接近于直徑為600?mm的混凝土支護(hù)樁。武漢某基坑側(cè)壁及坑底存在厚淤泥質(zhì)土層，土質(zhì)條件差，通過(guò)對(duì)放坡、攪拌樁處理、鋼板樁、灌注樁、粉噴樁內(nèi)插型鋼等支護(hù)方案的比較，最終選擇采取粉噴樁內(nèi)插型鋼進(jìn)行地基加固處理與基坑支護(hù)，取得較好的施工效果，可供類似工程參考。1、工程概況武漢某一層地下室，基坑深度4.3m；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較開(kāi)闊，有較寬松的放坡空間；地層條件較差，場(chǎng)地上覆有深厚填土、淤泥、淤泥質(zhì)粘土等。2、多種加固處理與基坑支護(hù)方案比選2.1

放緩坡加噴混凝土護(hù)面放坡支護(hù)是基坑支護(hù)中最為簡(jiǎn)單、直接的支護(hù)形式，但需要充分考慮其整體穩(wěn)定性，并需要較充裕的施工場(chǎng)地和放坡空間。2.2

攪拌樁加固攪拌樁地基加固處理方法是通過(guò)特制機(jī)械攪拌，重組土體結(jié)構(gòu)，采用水泥作為固化劑，在處理深度范圍內(nèi)將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，兩者拌和產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使土體固化，最終形成整體性和水穩(wěn)定性較好且具有一定強(qiáng)度的加固土體。補(bǔ)強(qiáng)樁體與天然地基共同組成承載力較高、抗剪強(qiáng)度較高的復(fù)合土體。常規(guī)加固設(shè)計(jì)為滿堂式布置，但攪拌樁數(shù)量大，因而造價(jià)昂貴。在此基礎(chǔ)上可優(yōu)化為裙邊結(jié)合墩布置，或者格柵式布置。通過(guò)部分內(nèi)部抽空，節(jié)省造價(jià)。在地基加固處理和基坑支護(hù)上具有諸多優(yōu)勢(shì)：（1）攪拌樁的多重作用：攪拌樁可承擔(dān)荷載、止水、擋土。攪拌樁還可做成重力式結(jié)構(gòu)，靠自身量即可抵抗側(cè)向土壓力。（2）設(shè)計(jì)靈活：可以通過(guò)調(diào)整樁長(zhǎng)及間距等參數(shù)，較好控制沉降差?？稍O(shè)計(jì)成壁狀、柱狀、塊狀、格柵塊狀等多種形式。（3）施工便利：設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、施工周期短、見(jiàn)效快。（4）較好的經(jīng)濟(jì)性：投資少、成本低，攪拌機(jī)械輕巧、價(jià)格低廉，攪拌樁相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可節(jié)約大量材料。且利用原狀土，形成復(fù)合土體。（5）低擾動(dòng)、對(duì)環(huán)境影響?。涸肼曅　o(wú)振動(dòng)，對(duì)地面破壞小，對(duì)場(chǎng)地周圍原有建筑物影響小，噴漿拌及復(fù)攪過(guò)程不會(huì)造成地基土的側(cè)向擠出。噴漿施工過(guò)程對(duì)環(huán)境污染小。2.3

鋼板樁在淤泥質(zhì)土的地質(zhì)條件下，鋼板樁是一種常見(jiàn)且施工便捷的施工方案。其具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：（1）具良好擋土防滲功能：適用于軟土、淤泥質(zhì)土、地下水豐富地區(qū)，可將基坑四周閉合，起到水平方向抗?jié)B作用；（2）對(duì)空間的要求低：較好行垂直開(kāi)挖施工作業(yè)，操作靈活；（3）施工操作簡(jiǎn)便：鋼板樁施工機(jī)具簡(jiǎn)單；（4）較好的經(jīng)濟(jì)性：可多次回收利用，節(jié)約支護(hù)成本；（5）結(jié)合加內(nèi)支撐或拉錨式，自穩(wěn)能力較好。但同時(shí)存在以下不足：（1）強(qiáng)度比較低；（2）基坑開(kāi)挖后撓曲變形大；（3）接口處滲水。（4）對(duì)環(huán)境影響較大。打設(shè)時(shí)振動(dòng)噪聲大，拔出易擾動(dòng)，對(duì)周邊環(huán)境影響大。鋼板樁雖然可以同時(shí)起到擋土和擋水的作用，但抗彎剛度偏小，淤泥土產(chǎn)生的巨大土壓力使得支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形。2.4

鉆孔灌注樁鉆孔灌注樁廣泛運(yùn)用于各種情況下的基坑支護(hù)，也可用于流塑狀淤泥質(zhì)土的條件。屬于“剛性”支護(hù)，地面隆起或基坑側(cè)移均較小，對(duì)環(huán)境和周邊建筑物危害小，施工過(guò)程基本無(wú)噪聲。支護(hù)樁受水平作用，因此配筋量也較一般的工程樁多，所以造價(jià)也較高。因混凝土強(qiáng)度的齡期要求，工期較長(zhǎng)。比起攪拌樁、鋼板樁，鉆孔灌注樁具有更大的抗彎剛度，能有效控制樁頂位移、地表變形。但造價(jià)明顯高于攪拌樁和鋼板樁，對(duì)于淺基坑來(lái)說(shuō)，屬于“大材小用”，且施工工序相對(duì)復(fù)雜，工期相對(duì)長(zhǎng)。2.5

粉噴樁內(nèi)插型鋼粉噴樁內(nèi)插型鋼結(jié)合了攪拌樁與型鋼的優(yōu)點(diǎn)：（1）攪拌樁起到固化軟土的作用，采用干法施工，降低土體含水量，可以明顯改善土的力學(xué)性能，起到改良土體作用；（2）型鋼抗彎剛度比攪拌樁大，抗彎能力更強(qiáng)，起到支擋基坑側(cè)壁土壓力作用。在這種結(jié)合的工藝?yán)?，H型鋼的抗彎剛度承受土壓力，水泥土攪拌樁充當(dāng)止水帷幕，以及阻擋軟土的流動(dòng)作用。其具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）具擋土和止水多重作用；（2）設(shè)計(jì)靈活、施工便利；（3）可回收H型鋼重復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于鉆孔灌注樁。粉噴樁內(nèi)插型鋼的設(shè)計(jì)，既能加固改善土體又能控制基坑側(cè)壁位移變形，效果優(yōu)于鋼板樁方案。3、粉噴樁內(nèi)插型鋼的工程實(shí)踐3.1

原放坡方案由于造價(jià)控制嚴(yán)格，需要盡可能降低基坑支護(hù)的造價(jià)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，原設(shè)計(jì)為純放坡開(kāi)挖，坡比1∶2，計(jì)算安全系數(shù)最小為1.15，基本滿足整體穩(wěn)定性要求?；泳植吭囬_(kāi)挖過(guò)程中，隨著深度加深，邊坡變形明顯，坑內(nèi)已施工的工程樁產(chǎn)生明顯側(cè)向位移，坑邊施工機(jī)械下陷，坑內(nèi)局部工程樁（Φ600長(zhǎng)螺旋灌注樁）發(fā)生斷樁現(xiàn)象。盡管計(jì)算安全系數(shù)達(dá)到規(guī)范要求，但是由于流塑狀的淤泥、淤泥質(zhì)土的高壓縮性、低強(qiáng)度、高靈敏性、流變性、觸變性，在實(shí)際施工過(guò)程中，穩(wěn)定性極差，在坑邊堆載的加劇影響下，出現(xiàn)整體失穩(wěn)，工程樁發(fā)生明顯水平位移。隨著土方卸載，垂直方向卸荷，坑底土體原始應(yīng)力狀態(tài)的改變，坑底土體在卸荷后發(fā)生垂直的彈性隆起；隨著開(kāi)挖深度加大，基坑內(nèi)外的土面高差不斷增大，外側(cè)土體在基坑內(nèi)外土面高差所形成的加載和地面超載作用下發(fā)生向基坑內(nèi)的移動(dòng)，使基坑坑底產(chǎn)生向上隆起，基坑周圍形成較大的塑性區(qū)，坑底土體和周邊土體的大幅變形。在剪應(yīng)力集中的部位易形成剪切滑移面，進(jìn)一步導(dǎo)致基坑周邊滑動(dòng)變形，而基坑周邊土體的滑動(dòng)變形又進(jìn)一步加劇坑底的隆起。3.2

粉噴樁內(nèi)插型鋼加固處理方案粉噴樁干法施工，改善淤泥質(zhì)土的土體性質(zhì)，提高其強(qiáng)度。粉噴樁中內(nèi)插型鋼，增強(qiáng)側(cè)向抗滑體的抗彎剛度，并采用插一跳一的形式。計(jì)算結(jié)果最大位移控制在35?mm以內(nèi)。施工步驟：測(cè)量定位放線→水泥土攪拌樁施工→內(nèi)插型鋼施工→土方開(kāi)挖至冠梁底→冠梁施工→土方分層開(kāi)挖至基坑底→地下室結(jié)構(gòu)施工→基坑回填。干法施工攪拌樁，對(duì)土體上下至少?gòu)?fù)攪一次噴漿攪拌。攪拌樁的入土深度比型鋼的插入深度深0.5～1.0?m。在攪拌樁施工結(jié)束后的30?min內(nèi)插入型鋼，依靠自重插入，必要時(shí)采用輔助措施下沉。在后期基坑肥槽回填密實(shí)后再將型鋼拔出回收，采取跳拔、隨拔隨灌漿、控制上拔速度、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)等措施。粉噴樁工藝為干法施工，水泥能中和一部分淤泥中的水，使得整體呈現(xiàn)可塑狀。經(jīng)加固處理后，基坑側(cè)向位移控制較好，坡頂水平位移在40?mm以內(nèi)，地表沉降在7?mm以內(nèi)。4、結(jié)束語(yǔ)流塑狀淤泥和淤泥質(zhì)土，孔隙比大、含水量高、強(qiáng)度低、壓縮性高，伴有觸變性、流變性及不均勻性，天然狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度很低。原設(shè)計(jì)放坡方案，在施工過(guò)程中發(fā)生塑性破壞、整體失穩(wěn)和較大沉降。改用粉噴樁內(nèi)插型鋼的地基加固處理和基坑支護(hù)方案后，基坑位移得以控制，得出以下結(jié)論：（1）流塑狀淤泥和淤泥質(zhì)土強(qiáng)度很低，極易變形，純放坡支護(hù)形式效果差，風(fēng)險(xiǎn)高，可能出現(xiàn)機(jī)械下陷、整體失穩(wěn)等情況。鋼板樁方案抗