型钢水泥土搅拌墙深坑支护施工工法

型钢水泥土搅拌墙深坑支护施工工法

工法编号：RJGF(闽)—22—2010

完成单位：福州市第三建筑工程公司

主要完成人：宋林毅张捷张建成毛文发肖斯昕

1 前言

深坑（3层以上地下室）支护工程中采用型钢水泥土搅拌墙支护，是近年在我省发展起来的一种新型支护施工工艺。它是以连续水泥土搅拌桩构成水平连续体，在水泥土搅拌桩形成的初期插入大刚度H型钢，形成型钢和水泥土共同支护体，在这种支护体中连续水泥土搅拌桩既是支护体，又是防水屏幕墙，水泥土搅拌桩中的型钢既是坑周竖向构件，又与坑内钢水平支撑组成支护体承担边坡水平力，达到支护边坡的目的。水泥土搅拌桩和型钢组合体的相互作用使得两者优势增强。因此能胜任深坑大水平力下支护需要，同时水泥土搅拌桩中的型钢经过减摩剂处理，当基坑施工回填后型钢可拔出回收，使得该结构具有很好的经济效益。

2007年在福州市永成大厦3层（局部4层）地下室施工实践中对该工艺进行严格的质量控制，开展QC活动对保证水泥土搅拌墙桩型钢插入钢支撑设置等开展QC活动，总结出有效的新控制方法，其成果分别获得2008年福建省、福州市工程质量协会、中国建筑业协会和全国质量协会等五部委授予的优秀奖。工程实践证明该施工工艺质量可靠、工艺科学、对周围环境无污染、经济效益高，是适合我省软基中深坑支护的好方法。经工程实践认真总结，吸收QC活动成果，编制本工法。

2 特点

2.0.1水泥土搅拌桩系采用三轴搅拌桩机按一定的定位程序搅拌，使搅拌土桩都能得到两次搅拌循环，从而提高水泥搅拌土桩的质量，形成较高的防水屏幕。

2.0.2在水泥土搅拌桩形成的初期插入大刚度H型钢，形成型钢和混凝土的支护体，水泥搅拌土桩和型钢组合体的相互作用使得两者优势增强。

2.0.3水泥土搅拌桩中的型钢和坑内钢水平支撑，组成承担边坡水平力支护体的主要构件，与水泥土搅拌桩良好的防水能力共同组成深基坑防护，使深基坑施工过程对周边已有建筑及设施不利影响小，维护环境和谐。

2.0.4水泥土搅拌桩中的型钢经过减摩剂处理，当基坑施工回填后型钢可拔出回收，使得该结构具有很好的经济效益。水泥搅拌土桩与钢筋混凝土灌注桩比较有用钢量少、工艺操作简单、质量控制方便、造价低、工期快等优点。

2.0.5水泥搅拌土桩施工过程不排出有害物质，对环境无污染。

3 适用范围

有内支撑的型钢水泥土搅拌墙支护，可以作为地下深层开挖中的止水桩及工程支护。型钢水泥土搅拌桩也可作为内支撑的独立支柱，通常水泥土搅拌桩的长度可达到25m。

4 工艺原理

4.0.1 水泥土搅拌桩工艺原理系采用深层搅拌桩机切土搅拌同时喷射水泥灰浆，使水泥和土之间产生一系列物理，化学反应而逐步硬化，形成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土混合桩体，达到防水和整体构造。

4.0.2在水泥土搅拌桩施工形成后，及时将型钢通过自重经吊车沉入水泥土搅拌桩中形成型钢水泥土搅拌复合墙。

4.0.3水泥土搅拌桩中的型钢增强了水泥土搅拌桩的支护承载力，水泥土搅拌桩又是横向联系形成支护墙体和防水屏幕的主体，该主体并通过坑内钢水平支撑组成空间支护体系，以承担边坡水平外力，完成基坑支护。

4.0.4水泥土搅拌桩的质量（均匀性、垂直度、强度），型钢与桩身的同心度是构成支护墙体和防水屏幕的关键。通过施工工艺为上述质量关键提供可行的作业指导。

5 工艺流程及操作要求

5.1 工艺流程

水泥搅拌土施工→型钢插入→桩顶钢筋混凝土围梁→钢管内支撑安装→土方开挖→型钢围檩、钢管内支撑安装→土方开挖→……（重复围檩、支撑安装与土方开挖）→地下室结构施工→围檩、支撑拆除→基坑回填→型钢升拔回收。

5.2 操作要点

5.2.1水泥搅拌土施工

1水泥搅拌土施工流程：场地平整→桩机就位→搅拌下沉喷浆→提升搅拌喷浆→桩机移位。

2三轴搅拌桩机按一定的定位程序：

1）一般情况下采用跳槽式双孔全套复搅式连接。

2）围墙转角处或施工间断情况下采用单侧挤压式连接。

3 场地准备：

1）平整施工现场，填土至机械工作面高度并适当压实，保证机械移动不沉陷，水平

满足机械钻杆垂直度要求。

2）根据经验依照搅拌桩深度在桩位中线上开挖土体搅拌后体积增高储槽。

3）定位放线确定支护桩中轴线，测定水准桩用于桩深搅拌依据。

3由三轴搅拌机与桩架组成的三轴搅拌桩机应符合下列要求：

1）具有搅拌轴驱动电机的工作电流显示。

2）具有桩架立柱垂直度调整功能。

3）具有主卷扬机无级调速功能。

4）主卷扬机采用电机驱动的应有电机工作电流显示，主卷扬机采用液压驱动的应有油压显示，或具有钢丝绳的工作拉力显示。

5）桩架立柱下部装有搅拌轴的定位导向装置。

6）在搅拌深度超过20m时，须在搅拌轴中部位置的立柱导向架上安装移动式定位导向装置。

4桩机就位要求：

1）根据设计放线，桩的中轴线安放桩机轨道。

2）桩架在轨道上移动调整桩排的中心对准中轴线，在中轴线上各桩距离以顺轨道移动桩架给定。

3）中轴线放样应分段给出标桩的位置，其数量必须满足桩施工定位的需要。

4）桩定位力求准确，要保证水泥土搅拌桩间搭接符合设计要求。

5桩的搅拌工艺

1）桩的搅拌升降速度由机械设计决定，通常每分钟应不大于0.5m且与设计匹配满足设计要求。在正常情况下，升降速度不变。在作业前应进行校对。

2）当电流小于额定电流时，桩的搅拌升降速度也小；但只要切土搅拌工作不受影响是允许的，但要相应调整喷浆量。

3）对于软土层可采用两搅两喷工艺即在下沉切土搅拌和提升搅拌的同时进行喷射水泥浆。采用三轴搅拌桩机施工使每根桩都得到一个重复搅拌过程。

4）对于采用自动沉降型钢的水泥浆水灰比应大于1：1.5。

6）水泥土搅拌桩施工前应做水泥土搅拌试验，核定按设计水泥用量的情况下水泥土所能达到的强度及抗渗能力。

6水泥浆的喷射

1）水泥浆喷射要做到压力保证、喷射均匀，是保证水泥土搅拌桩整体质量的关键。

2）水泥浆喷射由灰浆泵经软管接入桩杆喷浆口，保证桩杆下沉切入搅拌过程或提升搅拌过程灰浆喷射自如。

3）水泥浆喷射额定压力不宜小于0.3Mpa。

4）喷浆泵的喷射量应与水泥土水泥掺量相匹配，其最小喷射量可按以下公式确定：

q=1/4π×D2×aw×TL×（1＋S）×v

式中：D——钻头直径（m）

aw——设计水泥掺量值（％）

TL——土体容重（KN/m3）

v——钻杆下沉或提升速度（m/min）

S——水灰比

5）水泥浆根据需要掺用外加剂如：减水剂、早强剂、泵送剂等。使用外加剂的标准应符合相应标准。

6）输浆管应保持通畅，每班检查不少于4次，遇到泵送不畅应及时查明原因停机排除。

7水泥土搅拌桩整体性要求

1）水泥土搅拌桩每班应连续作业。

2）当班次交替停歇时间超过水泥土终凝时间时应加大搭接量100mm以上。终凝时间判断可现场试验确定。当停歇时间过长可在水泥土搅拌桩后侧紧贴补打三根水泥

土搅拌桩。

3）水泥土搅拌桩垂直度要达到设计要求，且不大于1％，保证桩长全部都能搭接。

设计搭接量应大于桩长乘以允许垂直偏差。

8其它事项

1）水泥搅拌土桩顶部应保证无积水，以保证搅拌土桩凝固环境。

2）若桩顶设盖梁的在桩土体终凝前依设计要求加插连接件。

5.2.2型钢插入与升拔回收

1型钢插入的形式根据设计确定，有以下方式：

1）密插型：即在每一根水泥土搅拌桩的中心插入一根型钢。

2）插二跳一型：即在每连续两根水泥土搅拌桩的中心各插入一根型钢，间隔一根水泥土搅拌桩不插型钢；而后如上循环连续进行。

3）插一跳一型：即在每一根水泥土搅拌桩的中心插入一根型钢，间隔一根水泥土搅

拌桩不插型钢；而后如上循环连续进行。

4）转角及需要加强的部位依设计说明。

2插入型钢基本要求：

1）型钢材料、规格应符合设计要求。

2）型钢长度根据工程设计制备，当长度不能满足设计要求时需事先拼接，拼接处做成坡口焊接，必要时在接头中部做成双向鱼尾榫以加强接头刚度。焊接面应与型钢原面一致，以保证升拔回收。

3）型钢整长必须顺直，总弯曲不得大于1‰，且不大于15mm。

4）型钢接头每根不大于2处，且不在受弯、受剪大的位置。焊缝应达到二级要求。5）型钢外表面应光滑平整，剔除焊瘤，仔细涂刷减摩剂。

3型钢插入

1）型钢插入应在水泥土搅拌桩两次搅拌程序完成后紧接进行。

2）型钢插入前安装定位卡，做到位卡的中心与水泥土搅拌桩的中心一致，符合定位卡位置时应采用双复核的方法（既要核对已插入的型钢间距，又要复核与原点的距离）。

3）型钢插入一般采用自重下沉法，即由吊车从型钢顶部起吊，使型钢在自重下保持垂直，而后对准定位卡就位，再松弛吊绳让型钢稳步、均匀下沉至设计标高。

当型钢自重有继续下沉可能时在水泥土搅拌桩顶上设置止滑措施，或往后适当推迟下沉时间；

当型钢自重下沉达不到设计标高时，可采用机械加压方法使之到达。

4）型钢下沉的垂直度要严格保证，可采用压桩机上吊挂垂球和经纬仪视测相结合的方法，保证垂直度偏差不大于规定值。

5）型钢下沉后，核验下沉深度是否满足要求，并将其固定在架设（架设措施现场因地制宜）正确的位置上。

4型钢升拔的要求：

1）型钢升拔应在基坑施工完成后进行。

2）型钢升拔逐根进行，升拔前应利用钢筋混凝土围顶梁做反力架通过千斤顶把型钢先行升拔，待型钢活动后以吊车吊钩垂直稳定对准型钢中心提升吊绳均速升拔。

升拔过程要保持型钢的垂直上升以减少升拔阻力和保持型钢不变形。

3）水泥土搅拌桩中在型钢提升后形成的孔洞应用干砂仔细回灌，必要时加扦插或振荡。

5.2.3围檩、支撑安装与土方开挖

1顶部纵、横支撑应在同一标高平面上，并且可以提高每层开挖空间。纵、横向支撑宜采用工具型钢质梁（管）。

2 内支撑设置施工顺序：钢筋混凝土围顶梁或钢围梁——支撑柱牛腿设置——纵向支撑梁设置——横向支撑梁设置。

3事先按支护设计设置钢筋混凝土围顶梁，在顶梁内侧按纵横支撑、斜撑留设预埋件。围梁内与插入型钢接触面应加油毡隔离。

4按设计标高由上而下依土方开挖进度设置水平钢围梁，当挖土标高到达时清除型钢内侧部分水泥土搅拌桩，使钢围檩部位型钢露出。钢围梁应顺直紧靠竖向型钢（即先前插入的型钢），并与型钢焊接。当钢围梁与个别竖向型钢不能紧靠时，可加焊钢垫板。

5钢围檩与水泥土搅拌桩间的空隙应用素混凝土填实。

6支撑柱牛腿设置：根据支护设计的标高在支撑柱上焊接支撑牛腿。

7同平面纵向支撑的设置：

1）纵向支撑梁设置顺序为先中部后两端。

2）在两个支撑柱间纵向支撑梁位置上先挖出一条安放纵向支撑梁（管）沟，安接纵向支撑梁（管）。从中间到两端接续完成。

3）在安装纵向支撑梁（管）的同时依设计横向支撑位置预放一字型节（点）头。

8一字型节头系钢质同平面支撑的节头，它顺纵向支撑（管）两侧为大于纵向支撑（管）的孔洞，使纵向支撑（管）穿过。与横向支撑平行的一字型节头宽度应大于横向支撑（管）宽度（直径）。一字型节头的上下面用材厚度应加大，使一字型节头的承载能力大于横向支撑。在一字型节头的两端设连接法兰盘，留待与横向支撑梁（管）连接。

9在各条纵向支撑梁（管）完成后，从中部开始逐根完成横向支撑（管），其施工方法参照以上纵向支撑梁（管）。

10若采用纵、横支撑不同平面时不必采用一字型节头，在纵横向支撑梁（管）交接处可增加U型钢筋扣螺栓。

11纵横支撑的拼接可辅助段接头或垫板，并与围檩紧贴焊接。

12支撑的安装过程要严密观测型钢水泥土搅拌桩变形状况，必要时施加预应力反顶支护体。

13斜撑在纵向支撑的同时紧接进行，与围檩焊接，必要时在围檩上加焊端部止滑托块。

14内支撑立柱穿地下室楼板部分先留洞，回收后补浇钢筋混凝土。

15内支撑立柱与地下室底板结合部须采取防水措施（如焊接止水板等）。

16每层支撑完成后，方可开挖该层支撑下到下一层支撑面以上的土方。土方开挖方法按工程施工组织设计进行。土方开挖过程若需要挖土机械穿越支撑时应加高支撑两侧土，加盖厚钢板，防止压坏支撑体。

5.2.4 基坑回填等其它工艺流程施工

1基坑开挖完成后及时封底及地下室施工，按支护设计程序分段回填（或浇筑钢筋混凝土撑板方可按程序卸内支撑。

2 土方开挖、支撑施工应和单性施工组织施工相结合。

3土方开挖过程要加强支护体和周围环境观察，特别时周围危险段（紧靠基坑的危物和重要建筑物），变形及透水状况以采取必要的措施。

4应急措施应包括：堵水措施、加撑措施、坑内回压措施等。

5支撑拆除要和地下室施工相结合，施工时先用千斤顶卸荷，观察土体变形情况，无意外情况发生方可全面拆除。

5.3 劳动力组织

5.3.1 水泥土搅拌桩钻进机械作业组一般由4人组成，司机1人，技工1人，辅助工2人。

5.3.2 喷浆制备组为2～3人小组，其中技工1人，辅助工1～2人。

5.3.3 型钢插入作业组为3人小组，机械工1人，技工2人。

5.3.4钢支撑作业组为6人小组，机械工1人，技工3人、辅助工2人。

6 材料与设备

6.1 材料

6.1.1配置的水泥灰浆中使用水泥应用普通硅酸盐水泥以不小于32.5#为宜。

6.1.2当水泥等级较高可掺用粉煤灰，粉煤灰应达到Ⅱ级，细度应95％通过4900孔/cm2，掺量以设计要求试验换算。

6.1.3外加剂应达到相应标准要求。

6.1.4型钢与支撑应符合设计的规格标准要求。

6.2 设备

6.2.1 主要机械：吊车、挖土机（0.5m3以下）、水泥土搅拌桩机、灰浆泵、灰浆搅拌机等。

6.2.2配套设施：电焊机、千斤顶、钳工机具、灰浆罐或池、灰浆输送管、水电管线及开关设施等。

6.2.3质量控制仪器具：水准仪、经纬仪、卷尺、塔尺、垂球等。

7 质量要求

7.1 质量控制标准

7.1.1执行《建筑地基基础施工质量验收规范》GB 50202-2002。

7.1.2水泥土搅拌桩施工后采用钻孔取芯等手段检查成桩质量。

7.1.3基槽开挖后，检验桩径及桩身质量。桩长偏差为＋100mm、－50mm；桩位≤20mm；垂直度≤0.5％；水泥量偏差±2％；桩顶标高＋50mm、－0mm；桩径偏差＋30mm、－10mm。7.1.4 支撑安装参照相关钢结构安装规程。

7.1.5水泥土防水幕墙应有效闭合，无透水现象。

7.2 质量保证措施

7.2.1水泥土搅拌下沉切土深度应与桩架配重相适应，当遇到下沉阻力较大时应加大桩架配重，以保证搅拌喷射顺利进行。

7.2.2水泥浆不得离析，水泥浆要严格按设计配置，要预先筛除水泥中的块结。水泥浆应在灰浆搅拌机中不断搅动，待压浆前再缓慢倒入集料斗中。

7.2.3水泥土搅拌确保加固强度和均匀性，压浆阶段不允许发生断浆现象，若提升时发生断浆现象，应将搅拌头下沉，再继续喷浆搅拌提升。

7.2.4水泥土搅拌严格按设计确定数据，控制喷浆量和搅拌头提升速度，误差不得大于±10cm/min。

7.2.5水泥土搅拌施工中常见的问题及处理见表7.2.5。

表7.2.5 水泥土搅拌施工中常见的问题及处理

7.2.6型钢下沉过程宜采用经纬仪和三角架挂锤球双校方法控制。

7.2.7内支撑安装质量控制重点是：交接点是否可靠不偏心；围檩和H型钢及水泥土搅拌桩连接是否紧密有效。

8 安全措施

8.0.1作业用电应符合安全规定，开关箱与设备实行一机一闸一漏电保护器。

8.0.2作业人员应佩戴个人安全防护用品（如安全帽、护镜、用电作业有防护手套和胶靴）。

8.0.3水泥土搅拌桩机作业范围应设安全警戒，非作业人员不得进入作业区。

8.0.4所有机械装置均应有防护装置及保险装置，机械操作人员开工前应按操作规程进行试运转和检查。

8.0.5 基坑施工中应设有顶棚防护的人行扶梯。

8.0.6 操作人员必须持证上岗。

8.0.7 基坑四周必须设置1.5公尺高护栏，要设置一定数量临时上下施工楼梯。

8.0.8吊装现场一切服从同一指挥，并保证信息沟通。吊车司机一切动作要服从指挥指令，做到慢起轻落，防止撞击事故的发生，吊装均应绑溜绳以控制构件空中位置。

9 环保措施

9.0.1施工过程应遵守《建筑施工现场环境与卫生标准》JGJ 146-2004。

9.0.2机械设备施工安排应遵守城市噪声控制要求。

9.0.3 现场粉尘应洒水，泥浆应及时清理。

9.0.4挖方及虚土按指定地点集中堆放，封闭外运。

9.0.5夜间施工应按当地环保规定。

10 效益分析

10.0.1型钢水泥土搅拌墙支护与其它支护比较节省钢材，每延米支护节省钢材约700公斤以上（因型钢可升拔回收）。

10.0.2型钢水泥土搅拌墙支护造价比混凝土灌注桩造价节省了3/5。

10.0.3型钢水泥土搅拌墙支护的止水效果好，地下室施工抽水减少，对周围建筑影响小。

10.0.4与桩支护比较每延米节省约2500～3000元。

11 应用实例

本工法成功地应用于永成大厦等工程，工程质量满足规范和合同要求。现以永成大厦工

程为实例说明本工法应用情况。

11.0.1工程概况

永成大厦位于福州市井大路与鼓东路交汇侧，化民后巷与化民营巷交汇处北侧，福州市井大小学南侧，地上十七层，地下二层（地下一层有夹层），钢筋混凝土框架-剪力墙结构。建筑总面积为13493m2，七度抗震设防。

本工程地下室开挖深度为9.700m～10.500m；基坑长为43.0m，宽为36.2m；基坑支护为一排型钢水泥土搅拌墙支护，水泥土搅拌桩直径为Ф850mm，间距600mm，桩身搭接250mm，内插H700×300型钢，桩长20m。坑内设3道水平钢支撑。工程2007年10月开工，2008年地下室结束，基坑变形经独立第三方检测结果：最大水平位移62mm；坑中变形最大31.28mm；最大沉降量16.47mm；周边建筑无异常现象，型钢水泥土搅拌墙防水屏幕完整，水泥土岩芯强度达到1.6MPa（设计要求不小于1.0MPa），无透水现象，各项指标均优于设计期望值。

11.0.2施工情况

永成大厦在施工中分段施做水泥土搅拌桩及分层安装水平支撑，并应用QC方法按段、层进行QC循环，总结改进使水泥土均匀强度高、水泥土搅拌桩与型钢同心度保证、水平支撑空间质量好，证明本工法应用可靠，成熟有效，技术指标均达到设计要求，工程进行顺利，经济效益高。

11.0.3工程评价

型钢水泥土搅拌墙支护在福州“永成大厦”得到圆满的应用。