张 鲁 ，王义军

(中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳 518052)

0 引言

钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水帷幕作为地铁车站的围护结构目前应用比较广泛，但在富含地下水的巨厚砂层中以钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水帷幕作为围护结构进行深基坑施工的结构形式极其少见，且常用于软土地区的基坑围护。本文在某大厦深基坑工程的设计与实践［1］、无锡苏宁广场三轴水泥土搅拌桩施工技术［2］的研究基础上，进一步研究如何保证钻孔灌注桩在厚砂层中不坍孔和相邻三轴搅拌桩进入风化岩层、阻断隔水层的施工设备改进和技术参数。

1 工程概述

南昌市轨道交通1号线珠江路站外包总长度467.2 m，设计为地下2层的岛式站台车站，采用单柱双跨或双柱三跨的钢筋混凝土箱形结构，标准段内净宽17.7 m，基坑挖深 15.51 m，南北两端头井净宽23.1 m，开挖深度分别为16.8 m 和 17.8 m，车站主体和附属都采用明挖顺作法施工，中心里程处顶板覆土深度约为2.5 m。

工程所处地区距离赣江仅800 m，地质条件复杂(10～12 m厚的砂层，渗透系数为10－7m/d)，地下水位埋深4.16～6.50 m，地下水主要受赣江水体的侧向补给，地下水量丰富。

围护结构采用 φ 1 000@1 200 mm钻孔灌注桩+φ 850@600 mm的三轴搅拌桩止水帷幕，钻孔桩与搅拌桩间隙采用双液注浆加强止水。钻孔灌注桩桩长为23 m和23.6 m，嵌入中风化岩层不小于3 m，三轴搅拌桩进入中风化岩层50 cm(桩长约21 m)。

2 工程地质及水文环境

2.1 工程地质

施工场区大地构造隶属我国东部华南扬子准地台南缘，紧邻华南加里东褶皱带，地质构造复杂，断裂及其裂陷盆地均很发育。处于江南台隆构造单元的萍乡—乐平台陷北缘，构造上主要受赣江大断裂控制，第四系覆盖层以下的白垩系及下第三系中存在着一些北东向、近南北向和北西向缓倾斜背斜和向斜构造。

场地地层由人工填土、第四系全新统冲积层、下部为第三系新余群基岩。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为①2素填土、②1粉质黏土、②2粉砂、②2－1淤泥质粉质黏土、②4中砂、②5粗砂、②6砾砂、⑤泥质粉砂岩(见图1)。

图1 地层特性及特征表Fig.1 Characteristics of stratum

2.2 水文环境

本工程拟建场地根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征以及赋存条件，地下水类型主要为上层滞水、松散岩类孔隙水和红色碎屑岩类裂隙孔隙水。

上层滞水主要赋存于填土层之中，主要接受降雨入渗补给、下水管的渗漏补给，水位及富水性随气候变化大，无连续的水位面。

松散岩类孔隙水主要赋存于第四系全新统冲积层的砂砾石层中，为潜水，地下水位埋深较浅。水位埋深4.10 ～6.50 m，标高14.10 ～15.46 m。地下水位埋深年变幅1～3 m，地下水主要接受赣江水体的侧向补给，受人为开采影响较小，平水季节及枯水季节，地下水向赣江排泄;汛期，赣江补给地下水，地下水与赣江水力联系密切，地下水量丰富。

3 钻孔灌注桩施工技术

3.1 试桩研究

为确保钻孔灌注桩成孔过程不塌孔，避免影响相邻钻孔灌注桩和三轴搅拌桩的成桩。进行钻孔灌注桩试成孔施工:

1)核对地质资料，检验所选设备、机具、选择合理的施工工艺和参数。

2)监测孔壁的稳定性。

3)确定施工参数。

3.1.1 试验过程及措施

1)准备优质膨润土或黏土，使其易于成浆，缩短搅拌时间，膨润土或黏土在水中浸透并搅拌均匀，在钻进前空转30 min，使其产生充足的原浆。

2)在钻进过程中放慢钻进速度，特别是在粉砂、中砂、粗砂及砾砂地层，应尽量控制进尺速度，保持4 m/h的进尺，以确保形成良好的泥浆护壁及桩孔垂直度。

3)控制孔内泥浆面高度不低于护筒底以上20 cm，以免出现塌孔现象。地下水位标高为14.1～15.46 m，护筒顶标高一般为19～19.5 m，保证孔内泥浆液面标高(19 m左右)，提高孔内的水压力，使孔内形成正压，有利于泥浆黏附于孔壁上，达到更好的护壁效果。

4)加强泥浆工艺参数的采集和控制，钻机在穿越砂层时，及时检测泥浆比重、黏度和含砂率。若发现黏度下降，及时在孔内投放膨润土或优质黏土［3－5］。

5)调整泥浆比重，新浆比重控制在1.1～1.3 g/ml之间，循环泥浆比重控制在1.2～1.5 g/ml之间，必要时加入适量重晶石，且尽量选用优质膨润土或黏土泥浆护壁［3－5］。

6)在淤泥质黏土、粉土中钻进，由于泥浆黏性大，钻锥所受阻力也大，易糊钻。易选用尖底锥钻，中等转速、大泵量、稀泥浆钻进;相同的，在砂、砾层中钻进也选用尖底锥钻，反循环钻进，来提高进尺速度。

7)成孔过程中，必须严格控制桩壁的垂直度，不大于1/100，且加钻杆时，可每次增加1.5 m钻杆进行钻进，以免磨盘以上重量偏大造成钻机上部晃动过大，出现扩孔或偏斜。如发现偏斜，应立刻进行纠偏，确保桩壁的垂直度。

8)接、卸钻杆的动作要迅速，以免停钻时间过长，造成孔壁坍塌。

9)导管安装完成后，进行清孔，直接从导管中泵入泥浆，采用反循环换浆、清渣，清孔时间为20 min左右，根据现场实际情况确定，保证桩底沉渣厚度≤100 mm。

3.1.2 试验结果

1)桩孔无坍方，地面以下19～20 m范围(砾砂层)内局部出现5 cm左右的扩孔。

2)该桩孔护壁在进行超声波检测时能形成较完整的波段，表明该桩孔护壁效果良好，所配置的泥浆可以满足该种地质桩孔护壁的要求。

3)该桩孔垂直度总偏差为10 cm，地面至以下20 m范围向西侧倾斜5 cm，地面以下20 m位置至孔底范围向南侧倾斜5 cm。

桩孔垂直度检测计算结果见表1。

表1 桩孔垂直度检测计算Table 1 Measurement and calculation of pile hole

3.2 经验总结

根据试验得出的技术数据，并通过对826根钻孔灌注桩的施工不断进行技术参数调整和总结，分析得出钻孔灌注桩在巨厚砂层地质条件下的施工工法和参数。

3.2.1 施工方法

采用GPS－15型钻机(钻头选用双腰带三翼笼式合金钻头)，正、反循环相结合回转钻进、清孔工艺，泥浆(根据地层土质的区别采用原土造浆和人工拌制添加膨润土泥浆)护壁和导管法灌注水下混凝土。

3.2.2 施工技术

10～12 m厚的砂层，地质条件较特殊，为保证钻孔桩施工质量，在0～7 m的钻进过程中采用正循环钻进施工;当钻进至砂层时，改用泵吸反循环钻进施工［6］。

1)采用正循环钻进的地层。0～7 m范围内为素填土和黏土层，采用正循环钻进，具备一定的自造浆能力，可以补充和优化部分泥浆，保持泥浆的良好性能。

2)采用反循环钻进的地层。①钻进砂层和风化岩层后，在砂层中钻进不能自生成护壁泥浆。②正循环钻进是从泥浆池里将泥浆通过钻杆输送到孔中，护壁浆液再从桩口自然地溢出循环，循环过程中同时把钻渣带出来，带动过程中对孔壁形成的泥皮会产生一定的冲刷，不利于泥浆护壁，尤其在厚砂层中会严重坍孔。③正循环这种自然循环的排渣方式只能排出一部分钻渣，对于较大颗粒的石渣无法通过循环排出去，而反循环是将渣土从钻杆中间的管道直接抽出，具有良好的排渣能力，并且不会对形成的泥皮产生冲刷，可以把颗粒很大的石子吸出。

3.2.3 施工参数

选取具有代表性相同的地质情况的钻孔灌注桩进行施工参数分析。结果见图2和图3，表2和表3。

图2 钻进曲线图Fig.2 Drilling curve

图3 成桩工序时间图Fig.3 Pile forming process

表2 钻进速度汇总表Table 2 Summary of drilling speed

表3 二清泥浆性能指标Table 3 Secondary-cleaning slurry performance

钻孔灌注桩的成桩质量按表4技术参数进行控制。

表4 钻孔桩施工技术参数表Table 4 Construction parameters of cast-in situ concrete pile

4 三轴搅拌桩施工技术

4.1 施工方法

搅拌桩止水帷幕采用三轴搅拌机进行施工，钻机选用日本进口的DH－608型三轴搅拌桩机，材料采用P42.5级普通硅酸盐水泥。三轴搅拌桩采用跳槽重复套打的连接方式施工［2，7］，施工顺序见图 4。

图4 搅拌桩施工示意图Fig.4 Construction of mixing pile

其中阴影部分为套打1根搅拌桩，保证止水帷幕的连续性和接头的施工质量，三轴搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度修正是依靠重复套钻来保证，从而达到止水作用。

4.2 施工技术(钻头改进)

水泥土搅拌桩一般在软土和砂层地质中进行施工，但要搅拌桩入风化岩层在国内范围来看相对较少［2－5，7］。在类似的地质条件下进行三轴搅拌桩止水帷幕施工，且三轴搅拌桩止水帷幕必须嵌入中风化岩层(单轴饱和抗压强度为6.95 MPa)，这样对三轴搅拌桩止水帷幕的施工提出了非常高的要求。

常规的三轴搅拌桩施工方法及施工设备无法满足进入风化岩层的要求。经过多次的内部讨论和征求多方专家的意见，分析得出三轴搅拌桩不能入岩的关键原因是三轴搅拌桩的钻头结构形式。对三轴搅拌桩的钻头进行改进后效果非常明显，详见图5。

4.3 施工参数

三轴搅拌桩止水帷幕采用改进后的三翼钻头进行施工，通过现场施工记录统计对施工参数进行详细分析，详见图6—8。

通过对833幅三轴搅拌桩的施工数据进行总结，分析得出在厚砂层及风化岩层中的施工参数见表5。

5 结论

1)在富水巨厚砂层和风化岩层的地质条件下进行钻孔灌注桩施工要注重施工工艺和施工设备的选择，同时选取合理的施工参数进行控制，避免在厚砂层中出现严重坍孔的现象，为后续基坑施工做好充分准备。

2)在富水巨厚砂层和风化岩层的地质条件下进行三轴搅拌桩施工要采取变化施工流程(如套打1根)和施工设备的选择、改进钻头形式等措施，确保三轴搅拌桩止水帷幕能嵌入中风化岩层，隔断隔水层和渗水通道，达到很好的止水效果。

表5 搅拌桩施工参数Table 5 Construction parameters of mixing pile

3)在如此复杂的地质条件下，对钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水帷幕的围护结构形式的技术研究和施工过程中关键性施工参数进行调整，确定钻孔灌注桩及三轴搅拌桩在富水巨厚砂层中采取的施工方法和控制措施，确保深基坑施工的安全，同时为同类地质条件下深基坑围护结构工程施工提供一定的参考。

［1］ 黄炳德，翁其平，王卫东.某大厦深基坑工程的设计与实践［J］.岩土工程学报，2010(S1):372 －378.(HUANG Bingde， WENG Qiping， WANG Weidong.Design and application of deep foundation pit of a project［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010(S1):372 － 378.(in Chinese))

［2］ 卢庶，李公璞，曹光，等.无锡苏宁广场三轴水泥土搅拌桩施工技术［J］.施工技术，2010(1):79 －82.(LU Shu，LI Gongpu，CAO Guang，et al.Application of tri-axial cementsoil mixing piles in Wuxi Suning plaza［J］.Construction Technology，2010(1):79 －82.(in Chinese))

［3］ 赵芮，高涛.郑州市地铁标准基坑开挖围护结构计算［J］.黑龙江水利科技，2010(2):67.

［4］ 张蕾春，杨德桔，赵滇生，等.杭州汉嘉国际大厦深基坑施工技术研究［J］.浙江建筑，2011(6):53 －56.(ZHANG Leichun，YANG Deju，ZHAO Diansheng，et al .Study on deep foundation pit construction technology of Hangzhou Hanjia International massion［J］.Zhejiang Construction，2011(6):53 －56.(in Chinese))

［5］ 华燕.大直径钻孔灌注桩在砂性土层中施工的关键技术［J］.建筑施工，2011(6):38 － 39，47.(HUA Yan.Key construction technology for large diameter bored piles in sandy soil layer［J］.Building Construction，2011(6):38 －39，47.(in Chinese))

［6］ 郑俊喜.深基坑围护过程中存在的问题与对策分析［J］.科技信息:科学教研，2008(10):81－128.

［7］ 周磊，李艳，蒋镇华.上海东兰小区A－2地块商务楼基坑工程［C］//建筑结构——第二届全国建筑结构技术交流会论文集.上海:上海建筑设计研究院有限公司，2009.