1. 引言
在深基坑支护工程中，深层水泥搅拌桩是一种常用的支护方法[1]。这种方法有两种施工方式：浆液喷射和粉体喷射。它的工作原理是用机器将水泥类固化剂和土体搅拌混合，形成强度高、防水性好的复合桩体，这样可以提高地基的稳定性和抗变形能力[2] [3]。另外，使用预应力锚杆技术可以改善基坑的受力情况[4]。这种技术代替了传统的内支撑结构，能够有效减少围护结构的位移，保证基坑稳定[5] [6]。
将深层搅拌桩和预应力锚杆结合使用，形成复合支护体系，具有双重作用[7]：搅拌桩承受支护荷载，锚杆将拉力传递到稳定土层。具体来说，锚杆要穿过可能滑动的土层，固定在稳定的地层中，通过预先施加的拉力来控制土体移动。这种复合支护技术施工简单、工期短、成本低，能明显改善施工环境，特别适合在城市复杂环境下的软土基坑支护工程。
为确保复合支护体系的施工质量，需要对其关键施工技术进行系统研究。重点在于优化施工工艺参数，完善质量控制措施，从而充分发挥该支护方法的综合效益。
2. 工程概况
某工程项目基坑开挖深度达8米，平面尺寸为65米 × 37米，建筑层数为七层，其基础加固采用了深层搅拌桩技术。基坑支护方案创新性地融合了深层搅拌桩与预应力锚杆的复合技术，以应对复杂的地质条件。场地岩土勘察揭示，地层依次由杂填土层、黏土层、淤泥质黏土层及淤泥层构成，主要特征为软土地基，承载力特征值介于40至60千帕之间。淤泥层广泛分布且厚度显著，呈含水饱和状态，承载性能欠佳。该场地隶属于滨海冲积平原地貌，勘探至30米深度范围内普遍含有淤泥及淤泥质土层，而50米以下则出现粉质黏土层，部分区域甚至至70米 × 80米深处仍为黏性土层。此类软弱土层具有埋深浅、厚度大、流塑至软塑特性及高含水量，展现出高压缩性、高灵敏度、低承载力及显著沉降等问题，对基坑支护工程提出了极高的技术要求。针对地下一、二层间的高差分隔墙，特别设计了700毫米厚的双轴搅拌桩重力式挡土结构，并配置了强化钢管与钢筋，确保支护体系的稳固与安全。具体支护结构详见剖面图见图1。
Figure 1. Sectional view of supporting structure
图1. 支护结构剖面图
3. 重难点分析
本工程面临的核心挑战源于其深厚的淤泥质软土地层。该地层具有高含水量、高压缩性、低承载力及显著的流变性，对深层搅拌桩与预应力锚杆复合支护体系的成桩质量、锚固可靠性及长期稳定性构成了严峻考验。
在搅拌桩成桩质量与均匀性控制方面，流塑态的厚层淤泥使得常规搅拌工艺难以保证桩体质量。施工过程中易出现搅拌不均、水泥浆脉状集中或桩身缩颈等问题，导致桩体强度离散性大，难以形成连续、等强度的重力式挡墙。同时，淤泥的高含水量会稀释水泥浆，影响水化反应的充分进行，进而降低桩身强度和止水效果，给支护结构的稳定性和止水性能带来隐患。
锚杆钻孔成孔稳定性与锚固段有效性同样是本工程的关键技术难点。在软弱地层中钻孔，孔壁极易坍塌、缩颈，尤其是在锚杆自由段与锚固段交界处，成孔质量直接关系到预应力传递效率。本工程要求锚杆锚固段必须穿越深厚淤泥层，可靠地锚固于下部相对稳定的粉质黏土层中。因此，如何在成孔过程中维持孔壁稳定，防止淤泥涌入，并保证水泥浆体与周围土体充分粘结形成有效的锚固段，是确保锚杆支护效果的关键。
预应力施加与长期损失控制是必须面对的重要问题。软土的蠕变特性会导致锚杆预应力随时间的推移产生显著损失，影响支护体系的长期稳定性。为了应对这一挑战，需要合理确定张拉锁定荷载，选择合适的自由段结构与防腐措施，并制定有效的补偿张拉方案，以抵消土体蠕变和钢材松弛带来的预应力损失，确保支护效果的持久性。
此外，复合支护体系的协同工作性能上，深层搅拌桩与预应力锚杆通过围梁连接形成整体，在软土中，二者刚度的差异以及荷载作用下变形的不协调性，可能影响内力的重分配和协同工作机制。
4. 施工过程控制要点
4.1. 工艺流程
深层搅拌桩与预应力锚杆复合基坑支护施工方法，通过深层搅拌桩来承担支护结构上的荷载，同时，深层搅拌桩中槽钢可回收再利用，预应力锚杆是通过锚头、自由段和锚固段的协同作用，将张拉力传递至深层稳定地层。锚头是用于锁定锚杆拉力的部件，由锚具、托板和螺帽等组成；自由段作为中间传力区段，通过钢绞束、注浆体及防腐构造将锚头拉力传递至锚固段；锚固段则将拉力最终传递至稳定地层。施工工艺流程如图2所示。
Figure 2. Construction process of deep mixing pile and prestressed anchor rod composite
图2. 深层搅拌桩与预应力锚杆复合施工工艺流程
4.2. 施工要点
4.2.1. 开挖导沟
依据设计图纸标定的围护结构中心线进行导沟施工，导沟断面尺寸需满足围护结构施工要求，其中沟槽宽度与围护厚度相适应，开挖深度控制在1.0~1.2米范围内。完成导沟开挖后，需沿沟槽两侧安装导向定位装置，该装置采用型钢制作，并在型钢表面准确标定钻孔点位及槽钢安放位置。为确保施工精度，所有定位型钢均应牢固固定，必要时可采用点焊工艺加强各构件间的连接稳定性。
4.2.2. 水泥搅拌桩施工
Figure 3. Construction of cement mixing pile
图3. 水泥搅拌桩施工
在导沟开挖后，将搅拌桩机安放到指定位置且对中，使基座水平稳固，以减少成桩的水平及垂直度偏差，确保槽钢的顺利插入。水泥搅拌桩施工工艺程序如下：下钻喷浆→提升搅拌→重复下钻喷浆→重复提升搅拌→重复下钻1/3桩长喷浆→重复提升搅拌→钻机移位。水泥搅拌桩施工如图3所示。
(1) 搅拌桩施工时，首先保证桩机准确对中，其次要控制好搅拌头的下沉与提升速度，使之保持速度均匀。浆液输送量要和搅拌速度配合好。可以通过调整搅拌次数和搅拌时间来保证桩体质量。桩机底座要调平，导向架要垂直安装。浆液水灰比要控制在0.75~0.85之间，这样槽钢才能顺利植入。
(2) 使用水泥搅拌桩工艺时，钻机钻进速度要控制在0.8~1.0米/分钟。喷浆压力要保持在0.4~0.6兆帕。钻头到达设计桩端标高时，要停止下沉并继续注浆30秒。然后以相同速度反向旋转提升。提升速度保持0.8~1.0米/分钟。提升到离地面0.5米处时暂停提升，进行短时间搅拌，确保桩顶部分均匀密实。
(3) 施工初始阶段，待搅拌头下沉至地表以下0.5厘米时启动喷浆装置。通过灰浆泵将水泥浆液经搅拌机输送至土层，同时保持匀速下沉。达到预定深度后维持30秒静止状态，之后开始边搅拌边提升的操作。提升过程中持续注入浆液，促使水泥浆与土体充分混合。当搅拌头距地面50厘米时，保持原位旋转搅拌1~2分钟，以增强桩顶部位的密实度。
(4) 为改善搅拌均匀性，需进行二次下沉搅拌作业。该阶段应保持搅拌头持续旋转，并沿桩身全长均匀下沉至设计标高。
(5) 最后阶段实施重复提升操作，从设计深度开始同步进行搅拌、提升和喷浆作业，直至将搅拌装置完全提出地面，完成整个施工流程。
4.2.3. 涂抹减摩剂
(1) 施工前应清除槽钢表面油污及锈蚀物，不得残留老锈或块状锈斑；随后分2次均匀涂覆减摩剂，总厚度大约控制在3 mm。
(2) 特别注意：吊运涂装槽钢时严禁碰撞，严格控制弯曲变形。施工前复检发现涂层损伤必须补涂合格后方可使用。
4.2.4. 插入槽钢
为确保槽钢能够垂直插入桩体并降低减摩剂的磨损风险，施工过程中需预先安装由型钢组拼而成的导向装置。导向轨边缘应采用橡胶材料进行包覆处理。在完成1~2根桩的搅拌作业后，应立即实施槽钢插入工序，且从停止搅拌到完成插桩的间隔时间应严格控制在30分钟以内，最长不得超过60分钟。施工现场需配备压入设备，以备槽钢无法依靠自身重力完全就位时辅助施工。
4.2.5. 锚孔定位
锚杆钻机就位时应准确，底座应垫平，钻杆的倾斜角度应用罗盘校核，角度偏差不大于2˚，高差不超过30 mm。成孔施工前应在场地中挖好排水沟，以避免因泥浆随意排放而影响施工。
4.2.6. 套管钻进
1. 为确保搅拌桩的垂直精度，要先调整钻机位置并校正机身水平度。作业时，要定期检查起吊装置的水平状态及导向架与地面的垂直度，每班至少检查两次，保证垂直误差不超过1.5%。
2. 开启钻机后，当钻头快接触地表时启动数据采集系统，同时开启空压机注浆并保持钻进状态，防止喷射孔被泥沙堵塞。
3. 钻孔时，钻头中心要对准锚杆孔位标记，孔心偏移量不能超过100 mm。开始阶段要用低速钻进，待进尺达到500 mm后重新校准孔斜度，再改用全速钻进。钻孔倾角由现场技术人员用地质罗盘实时监测，确保角度误差不超过2˚。通过钻杆上的深度标识控制成孔深度，要求实际孔深不小于锚杆有效长度，且不超过设计深度200mm。
4. 在套管钻进工艺中，要根据地层特性调整泥浆参数。粘土层段宜用1.05 g/cm3~1.10 g/cm3的泥浆密度，砂层段则应提高到1.20 g/cm3~1.30 g/cm3。
5. 钻进速率宜保持在0.3~0.5米/分钟，退钻速度控制在0.5~0.6米/分钟。套管钻进工艺如图4所示。
Figure 4. Schematic diagram of casing drilling
图4. 套管钻进示意图
4.2.7. 水力扩孔
套管安装至设计深度后，即可开展扩孔作业。首先需下入钻杆，其下入深度应超过套管底部。当钻杆抵达套管末端时，启动扩孔程序。该工艺采用高压水力切割原理，通过钻头喷嘴喷射25 MPa~28 MPa的高压水流，同时配合钻具旋转实现土体切削。作业参数设置为：流量控制在90 L/min~100 L/min，钻杆下放与提升速度均为200 mm/min。具体操作流程如下：先完成引孔钻进→待单节钻杆完全下入后上提→重新下放钻杆实施自上而下的扩孔→钻杆到达孔底后改为自下而上扩孔至套管深度→接长下一节钻杆后继续后续扩孔作业。整个工序按钻杆节数分段实施，逐节推进。
4.2.8. 扩孔注浆
水力扩孔作业完成后，连接高压注浆设备并灌注预先拌制的水泥浆液。注浆过程自钻孔底部开始，采用上行式分段注浆工艺，当注浆管提升至套管设计深度时停止灌注，以确保扩孔形成的扩大头区域被水泥浆充分充填。注浆材料采用水灰比0.45的水泥浆，注浆压力控制在25 MPa~28 MPa范围内。
4.2.9. 插锚杆
(1) 完成扩孔注浆施工后，应及时撤出钻杆并安装锚杆，同时同步移除套管。
(2) 针对锚杆自由段的防腐处理，应使用防锈油脂涂抹并包两层塑料薄膜。这种方法能让钢绞线和水泥浆分开，还能让自由段在受力时充分变形，这样预应力就能传到锚固段。
(3) 锚杆安装人员必须清楚每个钻孔的位置数据，保证杆体能一次放准。安装时要慢慢推进，不能晃动杆体，否则浆液会流走或注浆不实。孔口要用棉纱暂时堵住。
(4) 在放入锚杆前，要先装好托板和螺母。这样可以防止浆液弄脏螺纹，避免螺母装不上。如果发现螺纹脏了，要马上清理。
4.2.10. 注浆
(1) 注浆管与钢绞线同步预埋，沿管身每0.5 m对称开设注浆孔，孔位采用胶带密封以防浆液渗入堵塞。
(2) 注浆过程采用稳定的低~中等灌浆速率，注浆压力从开始的0.5 MPa逐渐加大至2.0 MPa，使浆液向土体逐渐扩散。制浆及高压注浆如图5、图6所示。
Figure 5. Pulping
图5. 制浆
Figure 6. High pressure grouting
图6. 高压注浆
4.2.11. 制作围梁
围梁施工应紧贴深层搅拌桩进行，基槽宽度需大于围梁100 mm以便立模，拆模后及时回填。施工时先在槽底铺设20 mm厚砂浆找平层，遇局部架空处采用M7.5浆砌片石修补，验收合格后方可绑扎钢筋。
4.2.12. 张拉锁定
(1) 在完成8~10天的养护期后，需检测锚固体的抗压强度，待其达到15 MPa以上且不低于设计强度的75%时，即可实施预张拉作业。
(2) 张拉过程应按以下步骤执行：首先施加10%的设计轴向力进行预紧，确保各构件充分接触。随后以设计荷载的10%为增量分级加载，每级荷载需维持5分钟以上的观测时间，待位移收敛后再进行下一级加载。
(3) 张拉锁定装置应预先完成标定工作，通过油压表读数转换控制张拉力值。锁定作业时需进行承载力验证，具体流程为：将锚杆加载至100%设计承载力并持荷5分钟，随后卸载至70%设计承载力进行最终锁定。
(4) 锚杆安装前应预先装配托板和螺母，以防止注浆过程中水泥浆污染螺纹。若发现螺纹污染应及时清洁处理，避免因螺纹损伤导致螺母无法正常安装。
4.2.13. 施工监测
基坑施工监测体系主要涵盖以下内容：
① 锚杆轴力监测，依据应力变化数据，对出现显著应力衰减的锚杆实施补张拉；
② 围护结构位移监测；
③ 地表裂隙发育状况记录；
④ 周边构筑物及关键管线设施的沉降观测与裂缝监测；
⑤ 基坑渗漏状况及坑内外地下水位动态监测。
⑥ 土方开挖阶段，需每日至少进行一次基坑坡顶水平位移及支护体系侧向变形观测。
随着开挖深度的增加或变形速率加快，应相应提高监测频次；若出现变形急剧增大或临近破坏征兆时，则需实施连续性密集监测。
5. 质量控制措施
针对本工程厚层淤泥质软土的特点，为确保搅拌桩成桩质量、防止锚杆钻孔塌孔及保证锚固段有效性，采取了以下创新性及针对性的质量控制措施：
在深层搅拌桩成桩质量强化控制方面，首先通过工艺试验与参数优化确定了适用于本地层的最优施工方案。施工前在现场进行了多组工艺性试验，通过轻便动力触探和取芯试验，最终确定采用“四搅四喷”工艺，将下沉/提升速度严格控制在0.8 m/min，并适当增加桩底停滞搅拌时间至45秒，确保桩端质量。针对淤泥高含水量的问题，特别将水灰比优化至0.75，并掺入3%的早强剂，以补偿水泥浆稀释带来的强度损失。同时，在全过程垂直度监控方面，通过在桩机导向架上安装高精度倾角传感器，实现钻进过程中垂直度的实时显示与报警，确保垂直偏差小于1%，为后续槽钢顺利插入创造条件。
在锚杆成孔与锚固可靠性保障方面，为解决厚层淤泥中钻孔缩颈、塌孔难题，摒弃了常规的泥浆护壁工艺，创新性地采用全套管跟进钻进技术。套管护壁直至设计锚固段深度，有效隔离了流塑状淤泥对钻孔的影响，确保了孔壁的完整和清洁，为注浆体与稳定土层的粘结提供了理想界面。在锚固段处理上，采用高压水力扩孔技术，形成直径约为钻孔直径1.5倍的扩大头，显著增加了锚固体与土体的接触面积和摩擦阻力。在初次常压注浆体初凝后(约4~6小时)，通过预埋的二次注浆管，施加2.0 MPa~2.5 MPa的压力进行劈裂注浆，使浆液在土体中形成脉状骨架，进一步挤密土体并提高锚固强度，这对于提高在软土中的锚固力至关重要。
在预应力长期有效性控制方面，采取了多重保障措施。在自由段特殊防腐与隔离处理上，除了常规地涂抹防锈油脂和包裹塑料薄膜外，还增加了波纹管保护，实现“双层隔离”，确保钢绞线与水泥浆体完全脱离，减少张拉摩擦损失，并允许其自由变形，将预应力有效传递至锚固段。在补偿张拉与锁定荷载优化方面，充分考虑软土的蠕变特性，将锁定荷载提高至设计轴向拉力的1.1倍。在张拉锁定后第7天和第30天，对全部锚杆进行轴力复测，对预应力损失超过设计值15%的锚杆及时进行补偿张拉，有效抵消了初期蠕变损失，确保了支护体系的长期稳定性。
6. 对比分析
工程通过采用深层搅拌桩与预应力锚杆复合支护技术，成功地将基坑变形控制在最大水平位移15 mm、最大沉降8 mm的范围内，周边建筑物及管线安全无损，为厚层淤泥质软土地区的深基坑开挖提供了有价值的实践案例。
与类似工程相比，本工程的变形控制效果具有一定优势。张军舰[8]等采用倾斜止水帷幕复合土钉墙支护，在类似软土基坑中最大水平位移多为25 mm~40 mm；朱海云[9]等采用的预应力锚杆 + 钢板桩组合结构，在8 m深基坑中位移亦普遍在20 mm左右。本工程将位移压缩至15 mm，主要得益于三方面措施：一是深层搅拌桩通过“四搅四喷”形成连续、均匀的高强度挡墙，整体刚度优于离散型土钉或钢板桩；二是全套管跟进钻进与高压扩孔二次注浆显著提高了锚杆在软土中的锚固力，为限制变形提供了关键支撑；三是基于实时监测的主动补偿张拉机制有效抑制了软土蠕变引起的预应力损失，维持了支护体系的长期刚度。
从技术经济性看，相较于排桩 + 内支撑等传统方案，本技术省去了复杂的主撑安装与拆除工序，工期缩短约20%，在场地狭小、环境敏感的城市核心区表现出良好的适应性。其核心优势在于充分利用搅拌桩的挡土止水功能和锚杆的空间锚固作用，形成高效协同的受力体系，实现了安全、经济、环保的综合目标。
通过本工程实践，可提炼出适用于软土基坑复合支护的普适性规律，成桩质量是基础——在深厚软土中，通过增加搅喷次数、严格控制下沉/提升速度并掺加早强剂，是确保搅拌桩均匀连续、强度达标的前提；可靠锚固是核心——软土内摩擦阻力低，采用全套管护孔、扩大头及二次劈裂注浆，可显著提升锚杆承载力与可靠性；主动控制变形是关键——针对软土蠕变特性，采取1.1倍设计拉力超张拉并在锁定后7 d、30 d实施补偿张拉，是维持预应力长期有效、控制基坑变形的必要手段。
本研究的学术价值在于，不仅成功应用了一项复合支护技术，更通过精细化的过程控制和系统的效果验证，明确了深厚淤泥质软土条件下关键参数的选取原则与作用机理，为同类地质条件的基坑工程提供了可复用的实践依据和理论参考。后续研究可进一步关注该复合体系在长期服役过程中的荷载传递演化规律，以及锚杆–搅拌桩–围梁节点更精细的协同工作机制。
7. 结语
(1) 通过采用深层搅拌桩与预应力锚杆复合施工技术进行软弱地质条件下深基坑施工，施工过程中对基坑进行监测，监测结果表明基坑支护结构稳定，基坑最大位移为15 mm，最大沉降为8 mm，附近建筑物及管线未出现裂缝，基坑安全稳固。
(2) 该技术不仅可以用于深基坑支护中，还可以用于混凝土坝体加固、结构抗浮、抗倾覆等多个领域，施工效率显著提高，具有广泛的推广应用价值。
(3) 针对软土地基承载力不足、变形显著等关键问题，本研究通过精细调控深层搅拌桩的施工参数，确保了桩体的高强度与均匀性；预应力锚杆的合理布局及其钻孔角度、深度与预张拉力的精确控制，有效分散了支护结构荷载，显著增强了基坑的整体稳定性。
(4) 施工前的工艺试验为确定最佳浆液用量与搅拌深度提供了科学依据；施工中严格的质量控制措施，包括钻孔垂直度、孔径及注浆量的精确监控，确保了锚杆安装符合设计要求；施工后的系统监测，通过跟踪锚杆轴力、围护结构位移等关键指标，及时发现并妥善处理潜在问题，全面保障了施工质量与工程安全。
基金项目
2024年自治区级大学生创新训练计划项目：绿意瓷韵——废旧瓷砖再利用实践者(编号：S202411549047)；工业废渣混凝土性能及施工技术研究(2024HX163)。
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