丰富地下水深厚粉砂层三轴搅拌桩成桩问题探究

黄煌都 （福建省第五建筑工程公司，福建 泉州 362000）

1 工程概况

在丰富地下水厚粉砂层条件下，三轴搅拌桩试桩施工时，按照设计要求注入水泥浆后，出现不返浆现场。且注浆量比设计值高达2倍以上。

某工程位于晋江西岸，江滨南路西侧，地下2层，建筑面积 21794.60m2。地上 28层，建筑面积48998.70m2。基坑采用明挖法施工，开挖深度9.3m。止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩，桩径为Φ850@600，桩长24m。支护采用钢筋混凝土排桩+一道内支撑混凝土支护结构。按照施工组织，钻孔灌注桩先与止水帷幕施工。

2 地质水文条件

现场自上而下主要分布：杂填土，厚度约0.50～5.10m。粉质粘土，厚度约0.7～3.8m。淤泥质土，厚度约1.00～13.20m。粉砂：厚度约4.30～34.7m。中砂：厚度约5.80～21.50m。余下有砂砾层、残积砂质粘性土层、全风化花岗岩层、砂土状强风化花岗岩层、碎块状强风化花岗岩层、中微风化层。

本工程地貌处于晋江滨江现代河流阶地，地势较平缓，据钻孔揭露，现场主要含水性及透水性均很好的砂层，场地毗邻晋江，其地下水与晋江水有力联系，场地地下水丰富，并受晋江水位影响。

3 施工方法及问题

本工程止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩，采用42.5级普通硅酸盐水泥，单桩设计水泥掺合比20%，水灰比为1.5∶1。空孔段水泥搅拌桩的水泥掺入量为8%。搅拌土浆液水泥掺量360kg/m3。螺旋杆搅拌下沉速度不大于0.5m/min，搅拌提升速度不大于1.0m/min。试验桩号编号为S23、S26。S23桩水灰比1.5∶1，搅拌下沉时间为51min，桩底停喷1.6min，提升喷浆28min，喷浆时间81min，共计注浆量38桶，水泥用量27.5t。S26桩水灰比1.3∶1，搅拌下沉时间为49min，桩底停喷1.6min，提升喷浆26min，喷浆时间78min，共计注浆量36桶，水泥用量23.4t。

第一幅S23素水泥桩体施工过程中出现以下异常情况：槽内浆液稠度小、稀释但水泥浆用量大、置换出土量少、浆液面高度变化小。常规搅拌下沉桩机电流为230～250A。此时转轴搅拌下沉显示的电流为165～180A。说明搅拌下沉所受阻力小。经过提升喷浆，钻杆提升后杆上有小部分夹泥。

S26施工中，出现和S23同样的异常状况。沟槽内浆液稀释，浆液面高度上升不到10cm，桩机搅拌下沉的电流为165～180A，钻杆提升时，浆液像是被水洗过，钻杆上无夹泥。

鉴于S23、S26两幅桩体施工后出现异常状况，再次对沟槽进行探管开挖，明确不存在不明管线。对沟槽两侧封闭，粘土换填。考虑到拟建场地距离晋江河道较近，地下水位受潮汐影响较大，为动态水位，桩难以成型，且水泥用量大，为确保三轴搅拌桩成桩质量，先在三轴搅拌桩施工前，先在外围施工一排拉森钢板桩，形成拉森钢板桩与三轴搅拌桩相结合的悬挂式止水帷幕。

4 对比试验及原因分析

为了探究三轴水泥搅拌桩在临江地段深厚粉砂层中不返浆、成桩质量差的问题，再组织了补勘。具体分布如下：将2个取芯孔设置在试验桩周边偏南约3.0m位置，孔深24m。补勘成果和原先地质勘察报告基本一致。其中A#孔位勘察揭示在11.8～19.5m范围粉砂层中含有零星分布的水泥硬块。检测硬块厚度约1～5cm。

另外，布置钻机探孔6个，其中5个在已施工完成支护桩附近，1个在前期已主体施工完成的区域。在已施工完成的支护桩附近的5个探孔位置，钻机下钻压力值40～50MPa，表明下钻取芯比较容易，结果是桩体内有气泡溢出，无渣土溢出。主体施工完成区域探孔，钻机下钻压力值50～75MPa，钻进难度大，钻进时间较长。

通过比对相关试验数据及补充勘察发现，由于前期施工扰动及降水措施，引起了临江区域深厚粉砂层工程性能和原始应力状态变化，使原有较为稳定的地下水环境产生变化。通过试验表明，三轴水泥搅拌桩不返浆的主要原因是砂土的细粒土大量流失，密实性变小，透水性变差。临近江边，地下水丰富，在三轴搅拌桩施工时未先进行局部截水处理，流动水影响了三轴搅拌桩的成桩质量。

5 解决方案和施工效果

首先考虑到晋江丰富地下水的影响，在三轴搅拌桩施工前，先在外围设置一道30m长的拉森钢板桩，通过试验证明加设拉森钢板能有效的阻挡了地下水对三轴搅拌桩的成桩影响，确保三轴搅拌桩的成桩质量，同时也大大节约了水泥用量。

其次综合探孔及补勘的成果，浆液一先将水灰比调整为1.3∶1（910kg水∶700kg水泥），并掺入水泥用量8%的外加剂膨润土，将钻轴下钻、提升搅拌时间延长，返浆明显的主要因素是水泥掺量的有效控制。通过水泥用量的增加和延长下钻、提升搅拌时间。通过试验表明浆液稠度提高、高度提升90cm且返浆明显，钻杆上提有部分夹泥。

浆液二按照配合比：1∶1∶0.8进行调配，其中水、水泥、膨润土的重量比：800kg∶800kg∶64kg。试桩过程中，搅拌下沉浆液稠度提高，浆液面提升约80cm，返浆效果明显。

试验证明，在丰富地下水深厚粉砂层中，进行三轴水泥搅拌桩施工，应先采取局部有效的隔水措施处理，当水泥掺量到30%左右时返浆效果明显，加入水泥量8%的外加剂膨润土，浆液粘稠，桩体施工质量效果显著。

在原先施工方案的基础上进行优化，具体如下：

①在临江区域丰富地下水环境下，三轴水泥搅拌桩施工前先进行一定隔水措施处理；

②在深厚粉层环境中，三轴水泥搅拌桩止水帷幕施工时，应增加水泥掺量，水泥配合比按照30%调整,并按原设计20%水泥掺量的8%添加外加剂膨润土。

按照调整后的施工方案组织施工后，基坑土方开挖后，三轴水泥搅拌桩止水帷幕没有渗漏点，抽取桩芯结果显示成桩质量良好。

6 结论

①本工程施工经验表明，临江地段，局部有效的隔水措施，可以提高三轴搅拌桩的成桩质量，同时可以节约水泥用量。

②在三轴搅拌桩止水帷幕施工前，临江地段的基坑不得进行降排水的开挖。因施工扰动、基坑降水、水位变化等原因，容易引起地下水环境变化，导致粉砂层性相变化。最终出现厚粉砂层三轴水泥搅拌不返浆，进而影响搅拌桩的成桩质量。

③在搅拌桩浆料掺入一定比例的外加剂膨润土，在砂土中能提高返浆效果，且作用明显。膨润土的特点是颗粒粒径小、比表面积大，粘结、吸附、悬浮性强。可进行阳离子交换，并可吸附在粒径较大的颗粒上，从而降低砂土空隙率。在一定范围内能形成泥浆护壁，降低渗透率，达到减少水泥的流动的目的，能有效提高返浆性能。