粉喷桩内插型钢在流塑淤泥中的施工

淤泥土质具有孔隙比大、含水量高、强度低、变形大、渗透性差、固结时间长、压缩性高，并有触变性、流变性以及不均匀性。流塑状淤泥质土强度低，对坡比改变的敏感性差，在坑边堆载作用下变形很大，如就地同时挖填会对基坑稳定性具有双重不利影响；淤泥土透水性弱，固结缓慢，基坑竣工后变形仍会持续很长时间。易发生局部塑性破坏、整体滑坡、整体失稳、剪切破坏、较大沉降和不均匀沉降。蠕变会使基坑持续变形，强度降低致使土体内的应力水平很高时，可能会发生非衰减蠕变造成基坑边坡破坏。水泥搅拌桩是一种常见加固软土地基的处理方法，以桩的形式对软土地基进行补强。以水泥或石灰作为固化剂，使用专门的搅拌机械，在钻进时喷射浆体或雾状粉，将原位土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，固化剂中含有活性物质与软土的矿物质发生一系列的物理化学反应，硬结成水泥土圆柱体，桩周土得到部分改善，水泥加固土与天然地基共同作用形成整体性、水稳性均更好的复合地基，地基强度和变形模量均明显增大，共同承担上部荷载。劲性水泥土桩搅拌法（SMW工法），目前在我国，特别在长三角地区有较广泛使用。水泥搅拌桩本身具有良好的抗渗性能，但在流塑状淤泥土地区单排或双排水泥土搅拌桩本身的抗剪能力往往不足，在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的受拉材料，形成劲形桩，基坑侧面压力主要由H型钢承担。H型钢桩之间尚有空隙，结合搅拌桩能有良好止水效果。H型钢的抗弯刚度明显较大，通过等刚度换算成圆形截面混凝土桩，H400型钢的抗弯刚度接近于直径为600 mm的混凝土支护桩。武汉某基坑侧壁及坑底存在厚淤泥质土层，土质条件差，通过对放坡、搅拌桩处理、钢板桩、灌注桩、粉喷桩内插型钢等支护方案的比较，最终选择采取粉喷桩内插型钢进行地基加固处理与基坑支护，取得较好的施工效果，可供类似工程参考。1、工程概况武汉某一层地下室，基坑深度4.3m；现场环境较开阔，有较宽松的放坡空间；地层条件较差，场地上覆有深厚填土、淤泥、淤泥质粘土等。2、多种加固处理与基坑支护方案比选2.1

放缓坡加喷混凝土护面放坡支护是基坑支护中最为简单、直接的支护形式，但需要充分考虑其整体稳定性，并需要较充裕的施工场地和放坡空间。2.2

搅拌桩加固搅拌桩地基加固处理方法是通过特制机械搅拌，重组土体结构，采用水泥作为固化剂，在处理深度范围内将软土和固化剂强制搅拌，两者拌和产生的一系列物理化学反应，使土体固化，最终形成整体性和水稳定性较好且具有一定强度的加固土体。补强桩体与天然地基共同组成承载力较高、抗剪强度较高的复合土体。常规加固设计为满堂式布置，但搅拌桩数量大，因而造价昂贵。在此基础上可优化为裙边结合墩布置，或者格栅式布置。通过部分内部抽空，节省造价。在地基加固处理和基坑支护上具有诸多优势：（1）搅拌桩的多重作用：搅拌桩可承担荷载、止水、挡土。搅拌桩还可做成重力式结构，靠自身量即可抵抗侧向土压力。（2）设计灵活：可以通过调整桩长及间距等参数，较好控制沉降差。可设计成壁状、柱状、块状、格栅块状等多种形式。（3）施工便利：设备简单、施工方便、施工周期短、见效快。（4）较好的经济性：投资少、成本低，搅拌机械轻巧、价格低廉，搅拌桩相比于钢筋混凝土结构可节约大量材料。且利用原状土，形成复合土体。（5）低扰动、对环境影响小：噪声小、无振动，对地面破坏小，对场地周围原有建筑物影响小，喷浆拌及复搅过程不会造成地基土的侧向挤出。喷浆施工过程对环境污染小。2.3

钢板桩在淤泥质土的地质条件下，钢板桩是一种常见且施工便捷的施工方案。其具有以下明显优点：（1）具良好挡土防渗功能：适用于软土、淤泥质土、地下水丰富地区，可将基坑四周闭合，起到水平方向抗渗作用；（2）对空间的要求低：较好行垂直开挖施工作业，操作灵活；（3）施工操作简便：钢板桩施工机具简单；（4）较好的经济性：可多次回收利用，节约支护成本；（5）结合加内支撑或拉锚式，自稳能力较好。但同时存在以下不足：（1）强度比较低；（2）基坑开挖后挠曲变形大；（3）接口处渗水。（4）对环境影响较大。打设时振动噪声大，拔出易扰动，对周边环境影响大。钢板桩虽然可以同时起到挡土和挡水的作用，但抗弯刚度偏小，淤泥土产生的巨大土压力使得支护结构产生较大变形。2.4

钻孔灌注桩钻孔灌注桩广泛运用于各种情况下的基坑支护，也可用于流塑状淤泥质土的条件。属于“刚性”支护，地面隆起或基坑侧移均较小，对环境和周边建筑物危害小，施工过程基本无噪声。支护桩受水平作用，因此配筋量也较一般的工程桩多，所以造价也较高。因混凝土强度的龄期要求，工期较长。比起搅拌桩、钢板桩，钻孔灌注桩具有更大的抗弯刚度，能有效控制桩顶位移、地表变形。但造价明显高于搅拌桩和钢板桩，对于浅基坑来说，属于“大材小用”，且施工工序相对复杂，工期相对长。2.5

粉喷桩内插型钢粉喷桩内插型钢结合了搅拌桩与型钢的优点：（1）搅拌桩起到固化软土的作用，采用干法施工，降低土体含水量，可以明显改善土的力学性能，起到改良土体作用；（2）型钢抗弯刚度比搅拌桩大，抗弯能力更强，起到支挡基坑侧壁土压力作用。在这种结合的工艺里，H型钢的抗弯刚度承受土压力，水泥土搅拌桩充当止水帷幕，以及阻挡软土的流动作用。其具有如下优势：（1）具挡土和止水多重作用；（2）设计灵活、施工便利；（3）可回收H型钢重复使用，经济性优于钻孔灌注桩。粉喷桩内插型钢的设计，既能加固改善土体又能控制基坑侧壁位移变形，效果优于钢板桩方案。3、粉喷桩内插型钢的工程实践3.1

原放坡方案由于造价控制严格，需要尽可能降低基坑支护的造价，从经济角度考虑，原设计为纯放坡开挖，坡比1∶2，计算安全系数最小为1.15，基本满足整体稳定性要求。基坑局部试开挖过程中，随着深度加深，边坡变形明显，坑内已施工的工程桩产生明显侧向位移，坑边施工机械下陷，坑内局部工程桩（Φ600长螺旋灌注桩）发生断桩现象。尽管计算安全系数达到规范要求，但是由于流塑状的淤泥、淤泥质土的高压缩性、低强度、高灵敏性、流变性、触变性，在实际施工过程中，稳定性极差，在坑边堆载的加剧影响下，出现整体失稳，工程桩发生明显水平位移。随着土方卸载，垂直方向卸荷，坑底土体原始应力状态的改变，坑底土体在卸荷后发生垂直的弹性隆起；随着开挖深度加大，基坑内外的土面高差不断增大，外侧土体在基坑内外土面高差所形成的加载和地面超载作用下发生向基坑内的移动，使基坑坑底产生向上隆起，基坑周围形成较大的塑性区，坑底土体和周边土体的大幅变形。在剪应力集中的部位易形成剪切滑移面，进一步导致基坑周边滑动变形，而基坑周边土体的滑动变形又进一步加剧坑底的隆起。3.2

粉喷桩内插型钢加固处理方案粉喷桩干法施工，改善淤泥质土的土体性质，提高其强度。粉喷桩中内插型钢，增强侧向抗滑体的抗弯刚度，并采用插一跳一的形式。计算结果最大位移控制在35 mm以内。施工步骤：测量定位放线→水泥土搅拌桩施工→内插型钢施工→土方开挖至冠梁底→冠梁施工→土方分层开挖至基坑底→地下室结构施工→基坑回填。干法施工搅拌桩，对土体上下至少复搅一次喷浆搅拌。搅拌桩的入土深度比型钢的插入深度深0.5～1.0 m。在搅拌桩施工结束后的30 min内插入型钢，依靠自重插入，必要时采用辅助措施下沉。在后期基坑肥槽回填密实后再将型钢拔出回收，采取跳拔、随拔随灌浆、控制上拔速度、加强监测等措施。粉喷桩工艺为干法施工，水泥能中和一部分淤泥中的水，使得整体呈现可塑状。经加固处理后，基坑侧向位移控制较好，坡顶水平位移在40 mm以内，地表沉降在7 mm以内。4、结束语流塑状淤泥和淤泥质土，孔隙比大、含水量高、强度低、压缩性高，伴有触变性、流变性及不均匀性，天然状态下的抗剪强度很低。原设计放坡方案，在施工过程中发生塑性破坏、整体失稳和较大沉降。改用粉喷桩内插型钢的地基加固处理和基坑支护方案后，基坑位移得以控制，得出以下结论：（1）流塑状淤泥和淤泥质土强度很低，极易变形，纯放坡支护形式效果差，风险高，可能出现机械下陷、整体失稳等情况。钢板桩方案抗