三轴搅拌桩在工程中的应用

三轴搅拌桩在工程中的应用

徐智伟赵敏

中国水利水电第十六工程局有限公司福建厦门361026

摘要：三轴止水帷幕施工的成功与否对整个下穿通道起着关键的作用，为主体结构提供干地施工创造条件。

关键词：三轴施工；水灰比；水泥用量；分析；主要技术指标

1、工程概况

南昌金水大道下穿隧道主体结构全长2103m，其中暗埋段长1730m，南侧敞开段长145m，北侧敞开段长145m。整个工程区间南段地势较为平坦，北段为丘陵，地势起伏较大，整体呈北高南低。场地现有标高大部分为17.5～18.0m，最高处为26.4m，最低处为15.24m。本工程基坑围护施工采用深层搅拌桩形成闭合止水帷幕。三轴搅拌桩施工前，应摸清地下障碍物、周边管线位置及周边建（沟）筑物的确切分布范围及深度。对于地下障碍物应摸清障碍物的大小、埋深、性质状态等，及时予以挖出清理。

本次试验范围为金水大道工程下穿隧道止水帷幕三轴搅拌桩工程。由于基坑底位于地下水位以下2.3～4.5m，为保证施工，需采取截水和降水措施。根据地勘报告，结合现场实际情况，汛期施工段，分施工段分段形成平面闭合止水帷幕，两侧坡面采用井点降水+强排处理坑内地下水。止水帷幕采用三轴搅拌桩帷幕，设计参数为：Ф850@600三轴水泥土搅拌桩，按连续套接一孔法施工，桩心距600mm，采用P.042.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.5~1.7（有必要可根据现场实际情况进行调整），水泥掺量为25%，通过现场试验确定确定最佳水泥掺入量。三轴搅拌桩沿基坑四周分施工段分段形成平面闭合止水帷幕，平面延长米约5000m。要求桩底进入强风化泥质粉砂岩0.5米，设计平均桩长18米，桩底标高-2~16m。

2、工艺试验的目的

为了更科学的指导施工，严格控制三轴搅拌桩施工质量，在正式施工前，应进行试桩，其目的是为检验设备、施工工艺，掌握对该场地成桩经验，比较不同工艺参数下的成桩质量，确定主要工艺参数（水灰比、注浆压力、下钻速度、提升速度、每米桩长的注浆量）。为下一步大面积三轴搅拌桩施工提供技术指导和操作技术参数。

3、试桩地点及场地布置

在现场左右两幅各分布3根桩；试验桩分别为左幅K2+100、右幅K2+350、左幅K2+600、右幅K2+950、左幅K3+050、右幅K3+350处试桩。采用施工桩作为试验桩，试桩数量按单根￠0.85m计为3*5根（每次打3根为一组，即一个作业循环，每组重复套打前组桩1根，共计6组）。分别在7天、28天后组织相关检验工作，及时完成相关总结报告，指导三轴搅拌桩正式施工。

4、开挖沟槽

在三轴搅拌桩施工过程中会涌出大量的置换土，为了保证桩机的安全移位和施工现场的整洁，需要使用挖机在搅拌桩桩位上预先开挖沟槽。

根据放样出的水泥土搅拌桩围护中心线，用0.4m3小挖掘机沿围护中心线平行方向开掘工作沟槽，根据本工程搅拌桩直径，取槽宽约1.0m，深度约0.6～1.0m。

场地遇有地下障碍物时，利用镐头机将地下障碍物破除干净，如破除后产生过大的空洞，则需回填压实，重新开挖沟槽。开挖沟槽余土应及时处理，以保证工法正常施工，并达到文明施工工地要求。

搅拌桩沟槽示意图

5、三轴搅拌桩施工准备及测量放样

搅拌桩施工前，备齐施工机械机具和材料，接通电力，施工劳力进场，进行需施作喷浆作业地点的地面表皮清除，查明地下线路管道情况后进行场地平整，桩位放线，一切准备就绪后，进行搅拌桩作业。

（1）场地清理：施工前，应按技术规范要求进行场地清理。

（2）布桩图：开工前，根据施工设计图按各分段里程画出布桩图。布桩图上应标明每个桩的编号及坐标。

（3）测量放样：施工前，先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点，计算出围护中心线角点坐标（或转角点坐标），利用测量仪器精确放样出围护中心线，并进行坐标数据复核，同时做好护桩。

（4）材料：搅拌桩施工采用加固料为水泥，其质量、规格应符合设计要求，并具有出厂质保单及出厂试验报告，确保在有效期内使用，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。运到工地的加固料（水泥）应进行抽样检验，材料合格后方可使用。

（5）水泥土强度试验：施工前应详细了解各施工现场的地质情况，选取有代表性的土层位置，钻孔取出一定数量的试样土进行必要的软土物理性质、含水量、有机质含量试验和水泥土配合比强度试验，以验证软土的性质和设计的水泥土搅拌桩强度能否达到要求。并做好试验记录。

（6）实验中注意事项

施工前现场应予以平整，首先须清除地上及地下的障碍物。由于本工程施工场地表层原为鱼塘及农田，基础较软。为保证桩机施工安全，应对桩机平台布设位置提前处理，填筑桩机平台，并碾压密实。

（7）搅拌头翼片的枚数、宽度，与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。

当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩段土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。

6、施工工艺

三轴搅拌桩采用二喷二搅施工，施工工艺流程为：测量放线→场地平整及开挖沟槽→布置桩位→机械就位→启动桩机、喷浆下沉→喷浆搅拌提升至孔口→施工完成一根桩后移至下一桩位。

二喷二搅施工工艺

1、施工设备选取

采用ZLD180/85-3型三轴式连续墙桩机2台进行施工。每台搅拌桩机施工强度为350米/d（单根￠0.85桩1350米/d）按照设计要求需每次重复套打一根，实际完成的有效工程量为900米/d（按平均桩长18米深计50根￠0.85m），预计60天完成全部止水帷幕。

2、试桩

在正式施工前，根据选定的施工设备、施工工艺进行试桩，掌握对该场地成桩经验，比较不同工艺参数下的成桩质量，确定主要工艺参数（水灰比、注浆压力、下钻速度、提升速度、每米桩长的注浆量）。为下一步大面积三轴搅拌桩施工提供技术指导和操作技术参数。

3、施工工艺

（1）钻机就位及调直

组装架立搅拌桩机。检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、粉喷系统各部分安装试调情况及浆罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，方可进行操作。浆罐装满料后，进料口加盖密封。安装钻机时，将钻机对准桩位，调平桩机机身以保证桩的垂直度。

（2）钻进

桩机调正后，启动主电机钻进。

钻深由深度尺盘确定，其数值应等于设计加固深度和桩机横移槽距地面高度之和。

（3）钻至设计标高

当深度尺盘达到预定数量后，停止钻机，钻头反转，但不提升，等待送料。

（4）送料

打开送料阀门，喷送加固浆液（水泥）。

（5）喷浆、搅拌成桩

启动电动机，根据土质情况按计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌和下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高。按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液，每次下降时喷浆60％，提升时喷浆40％。

钻机钻进和提升速度宜控制在0.6～1m/min，按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。

（6）停机

将搅拌钻头提升到地面以上，停止主电机，停止空压机，填写施工记录。

（7）桩机移位：利用桩机液压系统，将桩机移到下一个桩位施工。

7、施工方式

（1）跳槽式双孔全套复搅式连接：一般情况下均采用该种方式进行施工。

8、施工技术要求

（1）孔位放样误差小于5cm，钻孔深度误差小于+10～-5cm，桩身垂直度按设计要求，误差不大于1/200桩长，施工前严格按照设计提出的搅拌桩两边尺寸外放5cm要求进行定位放样。

（2）严格控制浆液配比，做到挂牌施工，并配有专职人员负责浆液配置。严格控制钻进提升及下沉速度，搅拌桩下沉速度控制在0.5～1m/min，提升速度控制在1～2m/min。

（3）看桩架垂直度指示针，调整桩架垂度，并用线锤进行校核。

（4）场地布置综合考虑各方面因素，避免设备多次搬迁、移位，尽量保证施工的连续性。

9、施工质量要求

9.1质量标准

质量检测及标准方法

水泥掺量：每一组桩（一个作业循环）打3根，考虑到后序孔重复打一根，实际形成的有效桩为2根，按照设计水泥掺量25%计，每一组桩水泥掺量为（平均土层密度1820kg/m3，暂按平均桩长18m，实际施工时应保证桩底进入强风化泥质粉砂岩0.5m，水泥掺量按实际桩长调整）：0.85*0.85*3.14/4*18*2*1820*25%=9295kg。

10、施工质量控制及注意事项

（1）水泥使用前，应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。所需材料应提前进场，水泥及外加剂必须有出厂合格证，水泥必须送试验室检验合格后方能使用。

（2）施工使用的固化剂和外掺剂必须通过加固土室内试验检验方能使用。固化剂浆液应严格按照预定的配比拌制。准备好的浆液不得离析，泵送必须连续，拌制浆液的罐数、固化剂与外掺量的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。

（3）水泥浆不得离析。制备好的水泥浆不得有离析现象，停置时间不得超过规定时间。若停置时间过长，不得使用。

（4）水泥浆液搅拌均匀性。贮浆池内浆液应均匀，输送时应确保其连续，喷浆搅拌时，若输浆管道堵塞或爆裂，应及时组织处理，时间过长应换浆。

（5）保证垂直度：设备就位后，必须平整，确保施工过程中不发生倾斜、移动。要注意保证机架和钻杆的垂直度，其垂直度偏差不得大于1.5%。施工中采用吊锤观测钻杆的两个方向垂直度和用平水尺测量机架的调平情况，如发现偏差过大，及时调整；

（6）钻杆提升速度不得超过0.5m/min。水泥土搅拌桩施工过程中，为确保搅拌充分，桩体重量均匀，搅拌机头提速不宜过快，否则会使搅拌桩体局部水泥量不足或水泥不能均匀地拌和在土中，导致桩体强度不一，因此规定了机头提升速度。

（7）水泥土搅拌桩对水泥压入量要求较高，必须在施工机械上配置注量控制仪表，以保证一定的水泥用量。

（8）施工过程中应随时检查施工记录，并对每根桩进行质量评定。对于不合格的桩应根据其位置和数量等具体情况，分别采取补桩或者加强邻桩等措施。

9.2试验检测方法及检测结果

（1）必须由专门的检测单位进行质量检测。

（2）分别在成桩7d、28d后，采用钻芯法检测桩身完整性及桩身强度，桩身强度不小于设计要求，取芯数量不少于总桩数的0.5%。

（3）成桩28d后，采用静水头压水试验检测桩身渗透系数，渗透系数不小于设计要求，每60根随机检测1组。

28d后桩身检测渗水系数成果为

试桩结果表明，桩身强度及渗透系数都能满足设计要求。

结语

下穿通道三轴搅拌桩止水帷幕现场施工工艺，通过实验取得各项性能指标，对施工中的各道衔接、完成和资源配置情况进行考察和纠偏，并取得所需的各种施工参数，为保证施工质量奠定了基础。

参考文献：

[1]软土基坑开挖模拟及对临近隧道的影响研究[J].潘超，席永慧.山西建筑.2018（17）

[2]三轴水泥土搅拌桩在软弱地基处理的应用[J].姚兵.铁道建筑.2010（02）

[3]三轴水泥土搅拌加固地基的应用与控制[J].斯碧峰.上海地质.2009（04）

[4]基坑支护工程三轴搅拌桩施工方案的要点分析[J].阙华峰.四川建材.2017（11）