1、三轴水泥土搅拌桩止水帷幕三轴水泥土搅拌桩止水帷幕在北京地区的初步应用在北京地区的初步应用 北京航天勘察设计研究院有限公司汇报人：郭密文 总工程师兼科质部主任 博士/研究员级高级工程师 高级企业信息管理师 注册岩土工程师/注册咨询工程师/注册安全工程师 二一四年十二月 第1页，共29页。目录目录1 高压旋喷桩止水帷幕的问题与弊病高压旋喷桩止水帷幕的问题与弊病2 三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍3 工程实例工程实例4 初步经验与探讨初步经验与探讨2022-9-182第2页，共29页。1 高压旋喷桩止水帷幕的问题与弊病高压旋喷桩止水帷幕的问题与弊病2022-9-183p 高压
2、旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。另外，水泥浆成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。另外，水泥浆与土体混合不够充分，水泥浆浪费较严重；且旋喷桩没有固定的形状，难以与土体混合不够充分，水泥浆浪费较严重；且旋喷桩没有固定的形状，难以保证搭接质量，容易出现漏水。保证搭接质量，容易出现漏水。p 对于地下水流速较大或
3、者水位变化对于地下水流速较大或者水位变化较大的区域，旋喷进土中的水泥硬化会较大的区域，旋喷进土中的水泥硬化会受到影响，从而无法形成联桩止水帷幕，受到影响，从而无法形成联桩止水帷幕，甚至出现一部分水泥和已经被破坏的土甚至出现一部分水泥和已经被破坏的土层一起被水带走的情况。层一起被水带走的情况。第3页，共29页。1 高压旋喷桩止水帷幕的问题与弊病高压旋喷桩止水帷幕的问题与弊病2022-9-184第4页，共29页。2 三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍2022-9-185圆砾中圆砾中水泥搅拌桩取芯试验水泥搅拌桩取芯试验现场帷幕桩开挖情况现场帷幕桩开挖情况p 三轴水泥土搅拌桩施工
4、能适用于填土、淤泥质粘土、黏性土、砂性土、粉砂等各种土层，适用范围三轴水泥土搅拌桩施工能适用于填土、淤泥质粘土、黏性土、砂性土、粉砂等各种土层，适用范围非常广，在南方地区应用广泛；非常广，在南方地区应用广泛；p 不适用于含有大量砖瓦或障碍物的填土、厚度和颗粒较大的碎石和卵石土。不适用于含有大量砖瓦或障碍物的填土、厚度和颗粒较大的碎石和卵石土。p 在北京地区目前应用较少，但根据类似工程经验，在北京地区的粘土、粉土、砂在北京地区目前应用较少，但根据类似工程经验，在北京地区的粘土、粉土、砂性土也应有较好的使用效果，甚至在圆砾中也能应用。性土也应有较好的使用效果，甚至在圆砾中也能应用。第5页，共29页
5、。2 三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍2022-9-186p 三轴水泥土搅拌桩止水帷幕是利用三轴搅拌桩机就地切削土体，使土体与水泥浆液三轴水泥土搅拌桩止水帷幕是利用三轴搅拌桩机就地切削土体，使土体与水泥浆液充分搅拌混合形成止水性较好的水泥土柱列式挡墙；水泥土的搭接采用套接一孔施工，充分搅拌混合形成止水性较好的水泥土柱列式挡墙；水泥土的搭接采用套接一孔施工，实现了相邻桩体完全无缝衔接。实现了相邻桩体完全无缝衔接。p 三轴搅拌桩机：外型大于一般的长螺旋钻机，长约三轴搅拌桩机：外型大于一般的长螺旋钻机，长约13m，宽，宽6m，钻深可达，钻深可达30m；履带式或步履；履带式或步
6、履式；钻杆下部带有叶片；三根钻杆内空，施工时同时不同方向旋转搅拌；钻进过程中间钻杆喷气，两边钻式；钻杆下部带有叶片；三根钻杆内空，施工时同时不同方向旋转搅拌；钻进过程中间钻杆喷气，两边钻杆喷水泥浆。杆喷水泥浆。第6页，共29页。2 三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍三轴水泥土搅拌桩施工工艺介绍2022-9-187第7页，共29页。不同类型的钻杆与钻头不同类型的钻杆与钻头2022-9-188第8页，共29页。施工工艺流程施工工艺流程2022-9-189第9页，共29页。施工工艺流程施工工艺流程2022-9-1810p 施工质量控制要点：施工质量控制要点：n浆液配比约为浆液配比约为1.5:1（水：水泥）
7、，水泥采用（水：水泥），水泥采用P.O 42.5，水泥掺合量，水泥掺合量1822%。水泥浆配制好后，停滞时间不得超过。水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻搅拌桩施小时，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过工间隔不得超过12小时。小时。n三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，单幅桩水泥浆需供用量，喷浆下沉不大于单幅桩水泥浆需供用量，喷浆下沉不大于0.5m1.0mmin，提升的速度不大于，提升的速度不大于1.0m1.5mmin，在水泥搅拌桩底部分重复搅拌注浆，停留
8、，在水泥搅拌桩底部分重复搅拌注浆，停留2分钟左右，并分钟左右，并做好原始记录，遇到障碍物等异常情况，应减慢速度，底部应适当持续搅拌注浆。做好原始记录，遇到障碍物等异常情况，应减慢速度，底部应适当持续搅拌注浆。第10页，共29页。施工工艺流程施工工艺流程2022-9-1811三轴搅拌桩冷缝处理示意图p 施工采用套接一孔搭接措施。施工采用套接一孔搭接措施。“套套孔孔”的实现方式有两种，即的实现方式有两种，即“跳槽双跳槽双孔全套复搅式孔全套复搅式”和和“单侧挤压式单侧挤压式”。p 一般情况下采用一般情况下采用“跳槽双孔全套复跳槽双孔全套复搅式搅式”连接方式进行施工；对于围护连接方式进行施工；对于围护
9、墙体转角处或有施工间断情况下不便墙体转角处或有施工间断情况下不便采用采用“跳槽双孔全套复搅式跳槽双孔全套复搅式”连接时，连接时，则则“单侧挤压式单侧挤压式”连接方式连接。连接方式连接。800旋喷桩，深度同三轴帷幕压密注浆，深度同三轴帷幕外侧增打一幅三轴帷幕阴影部分成桩超过24小时但是不超过48小时200阴影部分成桩超过48小时第11页，共29页。工程施工控制实例工程施工控制实例2022-9-1812第12页，共29页。工程施工控制实例工程施工控制实例2022-9-1813第13页，共29页。工程实例工程实例1-望京某项目望京某项目p该项目采用框架结构，地上五层，建筑高度为27.30m，地下三层
10、，基础埋深约为15m。拟建场区地形平坦，地面标高为36.5536.81m。p工程地质条件：拟建场地钻孔揭露深度（45m）内，表层为人工填土层，其下为一般第四纪冲洪积沉积土层。现从上至下分别描述如下：杂填土：杂色，稍湿，结构松散，主要为碎砖、灰渣等建筑垃圾，含植物根系、塑料袋等杂物，以粉质粘土填充。本层厚度1.00m2.40m。粘质粉土：褐黄黄褐色，可塑，湿很湿，中中高压缩性，含云母、氧化铁及少量姜石，土质不均，局部夹粘土薄层，夹1粘土重粉质粘土。该层局部缺失，揭露层厚为1.102.00m，层底标高为 29.1029.50 m。1粘土重粉质粘土：褐黄色，湿，可塑，含氧化铁等，中高压缩性。粉、细砂
11、：灰色，饱和，中密密实，含石英、云母、长石及少量有机质，砂质不均，局部夹砂质粉土薄层或透镜体。部分钻孔未揭穿该层，本层厚度1.003.90m，层底标高为27.2028.50m。粘土：黄褐灰色，饱和，中密密实，含石英、云母、长石及少量有机质，砂质不均、含大量中粗砂颗粒，本层仅3号钻孔缺失。本层厚度1.704.60m，层底标高为22.2027.10m。细砂：灰色，饱和，中密密实，含石英、云母、长石及少量有机质，砂质不均，局部夹砂质粉土薄层或透镜体。部分钻孔未揭穿该层，本层厚度1.503.40m，层底标高为22.2023.20m。2022-9-1814第14页，共29页。工程实例工程实例1-望京某项
12、目望京某项目2022-9-1815p 粉质粘土:灰色，可塑，含少量有机质，土质不均夹1粘 土、2粘质粉土、3砂质粉土，灰色，可塑，含少量有机质土质不均。揭露层厚为6.5010.10m，层底标高为13.2015.70m。（基础持力层）1粘 土：黄褐灰色，饱和，可塑，含少量有机质，土质不均，局部为粉质粘土，2粘质粉土:灰色，饱和，中密密实，含少量有机质，土质不均.细砂、中砂：黄褐色，饱和，中密密实，含石英、云母及少量有机质。揭露层厚为1.303.50m，层底标高为11.7014.30m。粘 土：黄褐灰色，饱和，可塑，含少量有机质，土质不均。本层以粘土为主，部分地段为粉质粘土褐黄色，可塑，含少量有机
13、质土质不均，揭露层厚为3.307.10m，层底标高为6.909.70m。1粉质粘土：黄褐色，饱和，可塑，土质不均，局部夹粘土薄层或透镜体。细、中砂：黄褐色，饱和，中密密实，含石英、云母及少量有机质。揭露层厚为4.506.80m，层底标高为-0.90-2.40m。粘土：褐黄色，饱和，可塑，中低压缩性，含云母及氧化铁，含中粗砂颗粒。1粘质粉土：褐黄黄褐色，密实，湿，中压缩性，含云母、氧化铁，土质不均，局部夹粘土薄层，该层揭露最大层厚为11.0m。本次勘察野外钻探未揭穿此层，最大揭露厚度约11.0m。第15页，共29页。工程实例工程实例1-望京某项目望京某项目p 水文地质条件：n 场地勘察期间实测地
14、下水位：本次勘察期间，在45m深度范围内共测得二层地下水。第一层地下水类型上层滞水，主要赋存于粉、细砂：初见水位埋深为7.007.50m，初见水位标高29.1029.70m，稳定水位埋深为5.907.00m，稳定水位标高29.7030.80m，补给来源以侧向径流、大气降水入渗渗补给为主，以蒸发及径流为主要排泄方式。第二层地下水类型为承压水，主要赋存于细砂，初见水位埋深为11.311.90m，初见水位标高24.8025.40m，稳定水位埋深为10.8011.10m，稳定水位标高25.6025.90m，补给来源以侧向径流补给为主，以径流及层间越流为主要排泄方式。n 场地近35年及历年最高水位：依据
15、我司水位观测资料，该场区近35年最高稳定水位标高约为30.5m。场区历年最高地下水位标高接近地表（1959年）。2022-9-1816第16页，共29页。工程实例工程实例1p 望京某项目望京某项目2022-9-1817第17页，共29页。工程实例工程实例1-望京某项目望京某项目p 工程完工后实拍，止水效果良好。工程完工后实拍，止水效果良好。2022-9-1818第18页，共29页。工程实例工程实例2-良乡某项目良乡某项目p 工程地质条件：工程地质条件：p 拟建建筑场地为整平后的空地，地形基本平坦，场地内零星分布场地平整留下的堆土。本工拟建建筑场地为整平后的空地，地形基本平坦，场地内零星分布场地
16、平整留下的堆土。本工程涉及的钻孔孔口处地面标高为程涉及的钻孔孔口处地面标高为40.0241.27m。p 根据对现场钻探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，在岩土工程勘察深度范围内根据对现场钻探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，在岩土工程勘察深度范围内（最深（最深42.00m）的地层，按成因类型、沉积年代可划分为人工堆积层、新近沉积层、第四纪沉积层及古近）的地层，按成因类型、沉积年代可划分为人工堆积层、新近沉积层、第四纪沉积层及古近纪沉积岩层四大类，并按岩性、工程性质指标进一步划分为纪沉积岩层四大类，并按岩性、工程性质指标进一步划分为9个大层及相应亚层，现分述如下：个大层及相应亚层，现
17、分述如下：p 表层为人工堆积之一般厚度为表层为人工堆积之一般厚度为0.302.80m的砂质粉土素填土、粘质粉土素填土层。的砂质粉土素填土、粘质粉土素填土层。p 人工堆积层以下为新近沉积的粉质粘土、重粉质粘土层，粘质粉土、砂质粉土人工堆积层以下为新近沉积的粉质粘土、重粉质粘土层，粘质粉土、砂质粉土1层及粘土、重层及粘土、重粉质粘土粉质粘土2层。层。p 新近沉积层以下为第四纪沉积的粘质粉土、粉质粘土层及重粉质粘土新近沉积层以下为第四纪沉积的粘质粉土、粉质粘土层及重粉质粘土1层；细砂、中砂层；细砂、中砂层；圆砾、卵石层（层；圆砾、卵石层（D大大=5cm，D长长=6cm，D一般一般=2-4cm，亚圆形
18、，级配较好，亚圆形，级配较好）及）及细砂、中砂细砂、中砂1层；粘土、重粉质粘土层，粉质粘土、粘质粉土层；粘土、重粉质粘土层，粉质粘土、粘质粉土1层，粉砂、细砂层，粉砂、细砂2层及层及砂质粉土砂质粉土3层；粉质粘土、粘质粉土层及粘土、重粉质粘土层；粉质粘土、粘质粉土层及粘土、重粉质粘土1层；卵石层，粉质粘土、层；卵石层，粉质粘土、重粉质粘土重粉质粘土1层及细砂、中砂层及细砂、中砂2层。层。p 第四纪沉积层之下为古近纪沉积的砾岩层，粘土岩第四纪沉积层之下为古近纪沉积的砾岩层，粘土岩1层及砂岩层及砂岩2层。层。2022-9-1819第19页，共29页。工程实例工程实例2-良乡某项目良乡某项目p 水文
19、地质条件：水文地质条件：p 本工程岩土工程勘察期间（本工程岩土工程勘察期间（2013年年12月上旬）在勘探深度范围内（月上旬）在勘探深度范围内（42.00m）测得）测得2层地下水，层地下水，各层地下水水位情况及类型参见下表：各层地下水水位情况及类型参见下表：p 浅层地下水位动态：工程场区潜水及承压水天然动态类型属渗入蒸发、迳流型，主要接受地下水地下浅层地下水位动态：工程场区潜水及承压水天然动态类型属渗入蒸发、迳流型，主要接受地下水地下水侧向迳流等方式补给，以地下水侧向迳流及人工开采为主要排泄方式；其水位年动态变化规律一般为：水侧向迳流等方式补给，以地下水侧向迳流及人工开采为主要排泄方式；其水位
20、年动态变化规律一般为：9月份来年月份来年3月份水位较高，其他月份水位相对较低，其水位年变幅一般为月份水位较高，其他月份水位相对较低，其水位年变幅一般为13m。p 历史高水位调查：根据勘察单位掌握的地下水资料，拟建场区历年（自历史高水位调查：根据勘察单位掌握的地下水资料，拟建场区历年（自1955年以来）最高地下年以来）最高地下水位约为自然地面下水位约为自然地面下0.50m；拟建场区近；拟建场区近35年最高地下水位标高为年最高地下水位标高为36.70m。p 建筑抗浮设计水位建议：根据目前勘察单位在拟建场区周边掌握的地下水背景研究资料，按照目前的基建筑抗浮设计水位建议：根据目前勘察单位在拟建场区周边
21、掌握的地下水背景研究资料，按照目前的基础埋深条件，经分析计算，建议本工程建筑抗浮设计水位标高按础埋深条件，经分析计算，建议本工程建筑抗浮设计水位标高按39.00m考虑。考虑。2022-9-1820序号地下水类型地下水稳定水位（承压水测压水头）埋深（m）标高（m）第1层潜水8.309.6031.0331.93第2层承压水20.8022.9017.9019.62第20页，共29页。工程实例工程实例2-良乡某项目良乡某项目p 项目地下水控制难点：项目地下水控制难点：n坑深坑深10.9m13.0m，临近小清河等水源，地下水水量丰富，采用井点降水水位下降较困难，且将临近小清河等水源，地下水水量丰富，采用
22、井点降水水位下降较困难，且将极大的浪费地下水资源；极大的浪费地下水资源；n基底附近圆砾、卵石层厚约基底附近圆砾、卵石层厚约56m，采用高压旋喷桩成桩效果恐难以保证：附近工地采，采用高压旋喷桩成桩效果恐难以保证：附近工地采用高压旋喷桩止水帷幕施工，基坑漏水严重，严重影响了工程进度；用高压旋喷桩止水帷幕施工，基坑漏水严重，严重影响了工程进度；n5m厚圆砾、卵石层（厚圆砾、卵石层（D一般一般=2-4cm）三轴搅拌桩施工可钻穿，根据以往经验应较适合。）三轴搅拌桩施工可钻穿，根据以往经验应较适合。2022-9-1821附近工地轻型井点降水情况（水量极大）附近工地轻型井点降水情况（水量极大）第21页，共2
23、9页。工程实例工程实例2-良乡某项目良乡某项目2022-9-1822桩锚桩锚+三轴搅拌桩止水帷幕，坑内设疏干井，坑外设回灌井三轴搅拌桩止水帷幕，坑内设疏干井，坑外设回灌井和观测井，坑深和观测井，坑深10.9m13.0m第22页，共29页。工程实例工程实例2-良乡某项目良乡某项目2022-9-1823p 三轴搅拌桩止水帷幕采用套接一孔搭接施工，每幅施工长度三轴搅拌桩止水帷幕采用套接一孔搭接施工，每幅施工长度0.9m，顺利钻透圆砾、卵石层；且为了达到更好，顺利钻透圆砾、卵石层；且为了达到更好的效果，圆砾、卵石层上下搅拌施工两次；的效果，圆砾、卵石层上下搅拌施工两次；p 现基坑最大开挖深度约现基坑最
24、大开挖深度约8.5m，正在进行第二步锚索施工，水位位于第二步锚索附近；，正在进行第二步锚索施工，水位位于第二步锚索附近；p 目前坑内降水井水位约在目前坑内降水井水位约在-9.0m，坑外约，坑外约-8.0m（由于现场出水口配置原因，暂未进行大规模抽水）；（由于现场出水口配置原因，暂未进行大规模抽水）；取芯孔注水试验显示，取芯孔注水试验显示，2天时间水位下降约天时间水位下降约10cm；p 帷幕止水初步效果显示良好，等待基坑继续下挖施工验证最终效果。帷幕止水初步效果显示良好，等待基坑继续下挖施工验证最终效果。目前开挖情况目前开挖情况水泥搅拌桩取芯试验水泥搅拌桩取芯试验第23页，共29页。工程实例工程
25、实例3-北清路某项目北清路某项目2022-9-1824p 工程地质与水文地质条件：工程地质与水文地质条件：层 号岩 性平均层厚（m）直剪(快剪)粘聚力Cq(kPa)内摩擦角q(O)粘质粉土素填土、砂质粉土素填土1.4010*10*新近沉积，粉质粘土粘质粉土2.6035161新近沉积，粘质粉土砂质粉土1.0032332新近沉积，泥炭质粘土1.0025*6*粉质粘土粘质粉土6.0038121砂质粉土粘质粉土1.0021352粘土重粉质粘土0.5025*6*粉质粘土重粉质粘土7.004112注：带*为经验值。层号稳定水位地下水类型埋深（m）标高（m）13.84.944.2745.17潜 水26.08
26、.041.1443.25层间水第24页，共29页。工程实例工程实例3-北清路某项目北清路某项目2022-9-1825p 基坑深基坑深7.7310.03m，地下水位较高，目前在进行止水帷幕和护坡桩的施工工作；，地下水位较高，目前在进行止水帷幕和护坡桩的施工工作；p 大部分地段采用桩锚大部分地段采用桩锚+三轴搅拌桩止水帷幕，坑内设疏干井，坑外设回灌井和观测井。三轴搅拌桩止水帷幕，坑内设疏干井，坑外设回灌井和观测井。第25页，共29页。4 初步经验与探讨初步经验与探讨p 三轴搅拌桩设备大，对施工工作面要求大；高压旋喷桩施工占地少；三轴搅拌桩设备大，对施工工作面要求大；高压旋喷桩施工占地少；p 高压旋
27、喷可应用于卵砾石地层及基岩残坡积层，但高压旋喷可应用于卵砾石地层及基岩残坡积层，但当土层中含有较多的大粒径块石、当土层中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较多的有机质以及地下水流速过大时，则需慎重使用或根据现场试验大量植物根茎或有较多的有机质以及地下水流速过大时，则需慎重使用或根据现场试验结果来确定其适用性结果来确定其适用性；另外施工中水泥浆流失（浪费）较多，会造成一定范围的施工环境污；另外施工中水泥浆流失（浪费）较多，会造成一定范围的施工环境污染；染；p 三轴搅拌桩施工现场挖有沟槽，泥浆更易处理；钻进搅拌成孔，帷幕形状较为三轴搅拌桩施工现场挖有沟槽，泥浆更易处理；钻进搅拌成孔，帷幕形状较
28、为固定，质量更有保证；但三轴搅拌桩在卵石、基岩等地层中钻进较困难，施工效果固定，质量更有保证；但三轴搅拌桩在卵石、基岩等地层中钻进较困难，施工效果尚需验证；尚需验证；p 三轴搅拌桩桩径一般是确定的（三轴搅拌桩桩径一般是确定的（650mm或或850mm）；高压旋喷桩根据压力大）；高压旋喷桩根据压力大小桩径可以随意变化，最大可以达到小桩径可以随意变化，最大可以达到1200mm，但形状无法保证；，但形状无法保证；p 高压旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管沉至预定的土层，在通过压力把浆高压旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管沉至预定的土层，在通过压力把浆液喷射出来，高压喷射破坏土体，并把浆液与土进行混合
29、，最后形成固结体；三轴液喷射出来，高压喷射破坏土体，并把浆液与土进行混合，最后形成固结体；三轴搅拌桩是使用钻杆将水泥浆和土体搅拌均匀，且采用套打，相同水泥掺量的情况下，搅拌桩是使用钻杆将水泥浆和土体搅拌均匀，且采用套打，相同水泥掺量的情况下，三轴搅拌桩固结体更加均匀、搭接更严密，更加经济可靠；三轴搅拌桩固结体更加均匀、搭接更严密，更加经济可靠；p 继续跟进现有工程，进行相关数据的收集整理，进一步验证三轴搅拌桩在北京地继续跟进现有工程，进行相关数据的收集整理，进一步验证三轴搅拌桩在北京地区不同土层中的适用性。区不同土层中的适用性。2022-9-1826第26页，共29页。请各位专家请各位专家批评指正批评指正谢谢！谢谢！2022-9-1827第27页，共29页。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第28页，共29页。第29页，共29页。
