第二节 型钢水泥土搅拌墙施工技术

一、主要技术特点

型钢水泥土搅拌墙施工应根据地质条件和周边环境条件、成桩深度、桩径等选用不同形式和不同功率的三轴搅拌机，与其配套的桩架性能参数应与三轴搅拌机成桩深度和提升力相匹配，钻杆及搅拌叶片构造应满足在成桩过程中水泥和土能充分搅拌的要求。型钢水泥土搅拌墙标准施工配置主要有三轴水泥土搅拌机、全液压履带式桩架、水泥运输车、水泥筒仓、高压洗净机、电脑计量搅拌系统、空压机、履带吊、挖掘机等。

1．基本概念

型钢水泥土复合搅拌桩支护结构同时具有抵抗侧向土水压力和阻止地下渗漏的功能，主要用于深基坑支护。其制作工艺是：通过特制的多轴深层搅拌机自上而下将施工场地原位土体切碎，同时从搅拌处将水泥浆等固化剂注入土体并与土体搅拌均匀，通过连续的重叠搭接施工，形成水泥土地下连续墙；在水泥土硬凝之前，将型钢插入墙中，形成型钢与水泥土的复合墙体。实际工程应用中主要有两种结构形式：Ⅰ型是在水泥土墙中插入断面较大的H型钢，主要利用型钢承受水土侧压力，水泥土墙仅作为止水帷幕，基本不考虑水泥土的承载作用和与型钢的共同工作，型钢一般需要涂抹隔离剂，待基坑工程结束之后将H型钢拔除，以节省钢材；Ⅱ型是在水泥土墙内外两侧应力较大的区域插入断面较小的工字钢等型钢，利用水泥土与型钢的共同工作，共同承受水土压力并具有止水帷幕的功能。

2．技术特点

施工时对邻近土体扰动较少，故不至于对周围建筑物、市政设施造成危害；可做到墙体全长无接缝施工，墙体水泥土渗透系数K可达10-7cm/s，因而具有可靠的止水性；成墙厚度可低至550mm，故围护结构占地和施工占地大大减少；废土外运量少，施工时无振动、无噪声，无泥浆污染；工程造价较常用的钻孔灌注排桩方法节省20%～30%。

二、主要技术指标

型钢水泥土搅拌墙施工技术的主要技术指标有：

①型钢水泥土搅拌墙的计算与验算应包括内力和变形计算、整体稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、坑底抗隆起稳定性验算、抗渗流稳定性验算和坑外土体变形估算。

②型钢水泥土搅拌墙中三轴水泥土搅拌桩的直径宜采用650mm、850mm、1000mm；内插的型钢宜采用H型钢。

③水泥土复合搅拌桩28d无侧限抗压强度标准值不宜小于0.5 MPa。

④搅拌桩的入土深度宜比型钢的插入深度深0.5～1.0m。

⑤搅拌桩体与内插型钢的垂直度偏差不应大于1/200。

⑥当搅拌桩达到设计强度，且龄期不小于28d后方可进行基坑开挖。

主要参照标准有：《型钢水泥土搅拌墙技术规程》（JGJ/T199—2010）及《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）等。

三、施工技术应用

1．技术应用范围

该技术主要用于深基坑支护，可在黏性土、粉土、砂砾土使用，目前，在国内主要在软土地区有成功应用。

2．施工技术要点

①构造技术措施。根据不同地层，水泥土的搭接形式主要有3种，如图1-13所示。型钢或工字钢的构造方式主要有间隔插入式、连续插入式和组合式三种形式，如图1-14所示。

②深层搅拌水泥土桩墙属重力式挡土结构，且设计计算强度采用28d强度（地基处理采用90d强度），因此水泥掺量应比地基处理有所增加，并应加入适量的早强剂。湿法深层搅拌桩墙水泥掺入量宜为被加固土密度的15%～18%；粉喷（干法）深层搅拌桩墙水泥掺入量宜为被加固土密度的13%～16%。

③水泥土墙应采用切割搭接法施工，应在前桩水泥尚未固化时进行后序搭接桩的施工，搭接施工的间歇时间应不超过10～16h。施工开始和结束的头尾搭接处，应采取加强措施，消除搭接勾缝。

④大型H型钢压入与拔出一般采用液压压桩（拔桩）机，H型钢的拔出阻力较大，比压入大好几倍，主要是由于水泥结硬后与型钢黏结力大大增加，此外，型钢在基坑开挖后受侧土压力作用往往有较大的变形，使拔出受阻。水泥土与型钢黏结力可通过在型钢表面涂刷减摩剂解决，而型钢的变形，主要通过在设计时考虑型钢受力后的变形不能过大进行控制。

⑤型钢压入时应先开挖导沟、设置围檩导向架。导沟的作用是可使搅拌桩施工时的涌土不致冒出地面，导向围檩则是确保搅拌桩及型钢插入位置的准确。围檩导向架采用型钢制作，两侧围檩间距比插入型钢宽度增加20～30mm，导向桩间距4～6m，长度10m左右。围檩导向架施工时应确保轴线和标高的正确。

⑥水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯数量不宜少于总桩数的2%，且不应少于5根，并根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验。

3．施工工况

1）测量放线

根据轴线基准点、围护平面布置图，放出围护桩边线和控制线，设立临时控制标志，做好技术复核。

2）开挖沟槽

开挖槽沟并清除地下障碍物，开挖出来的土体应及时处理，以保证搅拌桩正常施工。在沟槽上部两侧设置定位导向钢板桩，标出插筋位置、间距。

3）桩机就位

桩机应平稳、平正，应用线锤对龙门立柱垂直定位观测以确保桩机垂直度，并经常校核，桩机立柱导向架垂直度偏差应小于1/250。三轴水泥土搅拌桩桩位定位后应再进行定位复核，偏差值应小于20mm。

4）制备水泥浆液及浆液注入

开机前按要求进行水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆桶内备用，待三轴搅拌机启动，用空压机送浆至搅拌机钻头。应设计合理的水泥浆液及水灰比，使其在确保水泥土强度的同时尽量使型钢能靠自重插入水泥土。水泥掺入比设计应确保水泥土强度满足要求，应降低土体置换率，减轻施工对环境的不利影响。对黏性土特别是标贯值和黏聚力高的地层，水灰比控制在1.5～2.0；对于透水性强的砂土地层，水灰比宜控制在1.2～1.5，必要时可在水泥浆液中掺入5%左右的膨润土，可保持孔壁稳定性和提高墙体抗渗性。

5）钻进搅拌

三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，并严格控制下沉和提升速度，喷浆下沉速度应控制在0.5～1.0m/min，提升速度应控制在1.0～2.0m/min，在桩底部分适当持续搅拌注浆，并尽可能做到匀速下沉和提升，使水泥浆和原地基土充分搅拌。

6）清洗、移位

在骨料斗中加入适量清水，开启灰浆泵，清洗压浆管道及其他所用机具，然后移位再进行下一根桩的施工。

7）涂刷减摩剂

应清除型钢表面的污垢及铁锈，减摩剂应在干燥条件下均匀涂抹在型钢插入水泥土部分。减摩剂必须加热至完全溶化，搅拌均匀后方可涂敷于型钢上，否则涂层不均匀，易剥落。如遇雨天等情况造成型钢表面潮湿，应先用抹布擦干后再涂刷减摩剂，不可在潮湿表面上直接涂刷，否则将剥落。浇筑围护墙压顶圈梁时，埋设在圈梁中的型钢部分应用泡沫塑料片等硬质隔离材料将其与混凝土隔开，以利于型钢的起拔回收。

8）插入型钢

三轴水泥搅拌桩施工完毕后，吊机应立即就位，准备吊放型钢。型钢插入宜在搅拌桩施工结束后30min内进行，插入前应检查其规格型号、长度、直线度、接头焊缝质量等，以满足设计要求。型钢插入应采用牢固的定位导向架，先固定插入型钢的平面位置，然后起吊型钢，将型钢底部中心对正桩位中心并沿定位导向架徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体内。必要时可采用经纬仪校核型钢插入时的垂直度，型钢插入到位后用悬挂物件控制型钢顶标高。型钢插入宜依靠自重插入，也可借助带有液压钳的振动锤等辅助手段下沉到位，严禁采用多次重复起吊型钢并松钩下落的插入方法。型钢下插至设计深度后，用槽钢穿过吊筋将其搁置在定位型钢上，待水泥土搅拌桩硬化后，将吊筋及沟槽定位型钢撤除。

9）涌土处理

由于水泥浆液的定量注入搅拌和型钢插入，一部分水泥土被置换出沟槽，采用挖土机将沟槽内的水泥土清理出沟槽，保持沟槽沿边的整洁，确保桩体硬化成型和下道工序的继续，被清理的水泥土将在24h之后开始硬化，随日后基坑开挖一起运出场地。

10）型钢拔除

主体地下结构施工完毕，结构外墙与围护墙间回填密实后方可拔除型钢，应采用专用夹具及千斤顶，以圈梁为反力梁，配以吊车起拔型钢。型钢拔除后的空隙应及时充填密实。

4．质量控制

型钢水泥土搅拌墙的质量包括两个方面。一方面是检验水泥土的质量，包括水泥土桩的材料质量、配合比试验，桩位、桩长、桩顶标高、桩架垂直度、桩身水泥掺量、上提喷浆速度、外掺剂掺量、水灰比、搅拌和喷浆起止时间、喷浆量的均匀、搭接桩施工间歇时间、水泥土桩身强度、桩的数量等。另一方面是检验插入型钢的质量，包括型钢的长度、垂直度、插入标高、平面位置、型钢转向等。具体质量控制标准应符合表1-1、表1-2的规定。