关于三轴搅拌桩止水帷幕施工技术管理要求

关于三轴搅拌桩止水帷幕施工技术管理要求

林贤槟

广州珠江工程建设监理有限公司510095

摘要：三轴搅拌桩止水帷幕是三轴搅拌机就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，再将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内，形成地下连续墙体的一种施工工艺。特点是构造简单，挡土止水性能好，钢材还可循环利用。

关键词：三轴搅拌；止水帷幕；工艺简单；循环利用

引言

三轴深层搅拌施工是采用三轴型钻掘搅拌机在现场向设计深度进行旋转掘进，同时在灰浆系统及高压风系统的配合作用下，在钻头处喷射出水泥浆液，钻头及螺旋钻杆将水泥浆与原位土体反复混合搅拌，在各桩单元之间采取重叠搭接咬合方式施工，使土体的均匀性、自立性、密实度、抗压强度等性能参数指标提高，从而满足设计需求的一种施工工艺。其土体改良的机理是：用水泥作为固化剂加固软土，水泥和软土将产生一系列物理和化学反应，从而增加了颗粒之间的粘结力，增加了土体的强度和密实度，形成具有一定强度和稳定性的水泥加固土。改良后的土体在抗压强度指标上远远高于原天然软土强度，土体压实度及抗渗性比天然软土也大大提高。在加固软土时，由於水泥的掺量较小，一般仅占被加固土重的5～18%，水泥的水化反应完全是在具有一定活性的土体颗粒的围绕下进行，所以硬化速度较为缓慢。

一、工程概况以及技术应用

某市工程采用的施工方式是明挖法，其中某广场挖深12.5m，其余地段基坑挖深9.00m。本工程支护采用钻孔灌注桩+三轴搅拌桩，其中三轴搅拌桩数量为419根。

（一）SMW工法在深基坑中的应用

SMW工法最早是由日本的一家企业开发成功的，其后该工法凭借构造简单，止水性能好，造价低，工期短，环境污染小等优势，被广泛应用在城市中的深基坑工程中。原理是利用专门的多轴搅拌机就地钻进切削土体，同时把水泥浆液用钻头端部注入土体，使两者充分搅拌后，将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内，形成地下连续墙体，以起到挡土和止水的作用。

（二）SMW工法施工顺序

2.1场地回填

正式施工前，应保证施工区域无异物，且场地平整，保证素土回填夯实，路基承重荷载符合相关规范标准。

2.2测量放线

实施放样定位和高程引测工作时充分考虑坐标基准点和设计图等因素，同时做好临时和永久标志。为保证结构安全合理，在进行搅拌施工前应先参考设计要求对放样定线后的各项数据进行测量技术复核，只有保证测量无误后才能进行下一步的施工。

2.3开挖沟槽

参考相关设计要求，选用0.4m3挖机开挖沟槽，在其过程中应保证施工区域清洁，沟槽尺寸准确，另外应注意及时处理开挖沟槽余土，保证施工正常进行，实现文明施工。

2.4定位型钢放置

放置定位型钢时严格遵守相关的规范标准，首先在垂直方向放置两根规格为200×200，长约2.5m的定位型钢，然后在平行方向放置两根规格为300×300，长约8～20m的定位型钢，要求在拐角处H型钢和围护中心线成45度角，采用型钢定位卡进行H型钢定位。

2.5三轴搅拌桩孔位定位、钻孔、移机

首先应在开挖的沟槽两侧铺设导向定位轴线，然后以此为依据划定钻孔位置和插H型钢的控制位置，相关人员参考已定的位置严格控制钻机桩架就位，确保钻孔轴芯正确。钻杆下钻深度须按照设计要求控制，并把控制标高引测到定位型钢上，达到科学控制成桩深度的目的。三轴搅拌桩须沿着基坑围护中心方向拟定的作业顺序移动作业，采用间隔全断面套打的方式作业，以此循环直至围护墙体成型。成型的水泥搅拌桩为基坑内外止水帷幕，若施工中出现冷缝，必须及时采取有效措施进行补救。

2.6拌制水泥浆液

为保证施工质量符合相关要求，应保证拌制的水泥浆液均匀，符合相关规范标准。水泥搅拌桩采用42.5及普通硅酸盐水泥，水泥砂浆水灰比为1.0～1.5左右，水泥掺入比20%。拌浆及注浆量以每钻的加固土体体积换算，浆液输送能力结合成桩钻进速度综合控制。土体加固后搅拌土体28天抗压强度不小于设计强度。

2.7钻孔搅拌成桩

按照设计成桩深度要求，桩机在运行的过程中应保持钻杆匀速下钻，匀速提升，认真控制下钻和提升速度，下钻速度不大于1.0m/min，提升速度不大于2.0m/min，需注意速度不是固定的，可依据实际地质情况进行必要的调整。桩机在下钻和提升同时注入搅拌均匀的水泥砂浆（下钻70%～80%，提升30%～20%），并注入压缩空气在孔内，保证土体和水泥砂浆进行充分搅拌，促进工程的顺利实施。

2.8H型钢的插放和固定

选用大型吊装机械将焊接定尺的H型钢在合适的时机吊起，在指定位置依靠H型钢的自重下插到设计规定深度、标高；型钢垂直度控制在1/200以内，固定在沟槽两侧铺设的定位型钢上，直至孔内的水泥土凝固。

由于H型钢的结构强度符合标准后会被回收，在H型钢上涂刷减摩剂有利于H型钢回收。

（1）保证H型钢表面清洁无异物。

（2）为保证涂层均匀，不易剥落，涂敷于H型钢上的减摩剂应满足已被完全加热融化、搅拌时厚薄均匀等要求。

①由于在型钢表面潮湿的情况下涂刷减摩剂会导致剥落，应尽量避免在雨雪天进行此项工序。

②不应在H型钢表面铁锈清除后立即涂减摩剂，必须保证施工时H型钢表面清洁。

③H型钢表面涂上涂层后，如果出现异常情况，应立即采取有效应对措施，重新涂刷减摩剂。

④基坑开挖后，设置支撑牛腿时，只有保证H型钢外露部分的涂层已被清除，才能进行电焊。同时要求牛腿必须在地下结构完成后清除，然后磨平型钢表面，重新涂刷减摩剂。

⑤为便于H型钢的起拔回收，在进行浇注压顶梁时，必须用牛皮纸或泡沫塑料将埋设在梁中的H型钢部分和混凝土分开。

2.9H型钢回收

①待地下主体结构达到相关设计要求时，应采用专用设备对H型钢进行回收。

②为尽量减少对附近建筑物和地下管线的影响，应用0.5水灰比的水泥砂浆自流充填H型钢拔除后的空隙。

2.10工程量计算方法

①水泥搅拌桩工程量=桩径截面积×（设计桩顶标高-设计桩底标高+另加长度）×根数

②空搅部分工程量=桩径截面积×（自然地坪标高-设计桩顶标高-另加长度）×根数

③对于单头水泥搅拌桩来说，桩径截面是个圆，所以桩径截面积=πr2。

（三）经济效果分析

现在镇江市这个工程的使用效果良好，在整个施工过程能看出，三轴搅拌桩的施工工艺可操作性强，质量控制可行简便。经过检验在桩身质量以及止水效果都达到了预期的效果。此项工序开始施工前，对存在的难点进行了周密策划，根据计算，确保了工程的顺利施工，满足了规范和各方的要求，就此工程施工缩短工期11天，并为后续工序施工创造了条件，节约经济成本38万。

二、轴深层搅拌的主要优点

1、加固效果好，加固方式灵活，适用面广，三轴深层搅拌法可采用不同的加固型式、不同的桩长和水泥掺入量以满足不同土质条件和不同荷载要求的加固目的。

2、施工速度快，且造价相对较低。

3、可充分利用原软土，采用原位土体加固技术，废土外运量少。

4、施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。

5、钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系列强化剂与土得到充分的搅拌，并且各桩体连续无接缝，从而使被加固土体具有可靠的止水性，其渗透系数可达10-7cm/s。

6、可成墙厚度550～1300mm，成墙最大深度目前为30m，根据地质条件还可施工更深。

三、三轴深层搅拌的施工工艺及质量控制

1、施工准备

（1）场地平整：清除桩位处的地表及地下障碍物，对低洼区回填粘土或建筑垃圾。

（2）材料：水泥采用P042.5级普通硅酸盐水泥，使用前对水泥取样送检确保合格。

（3）水泥浆配合比：水泥浆液的水灰比严格控制在1.5～1.7，具体根据可现场实际情况调整，水泥总体掺量为20%（重量）

（4）机械设备：主机采用三轴型钻掘搅拌机，配套机械主要有灰浆拌和机、集料斗、灰浆输送泵、控制柜、计量装置及空气压缩机等，计量装置施工前必须经过计量标定后才能使用。

（5）测量布桩：绘制桩位平面布置图并进行编号，注明加固深度，布设桩位点，设定施工标志。

（6）试桩：试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数，确定最佳水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、提升时钻头反转速度、下钻速度、搅拌遍数、复拌遍数、复拌深度、单位时间注浆量、以及每延米注浆量等参数，以指导下一步水泥搅拌的大规模施工。在正式开始施工前，根据地质情况选取代表性工点，至少进行2根试桩，以便取得符合设计要求的工艺控制数据。

2、施工工艺流程

桩位放样→开挖导沟→置放导轨→钻机就位→检验调整钻机→打开高压注浆泵→正循环钻进至设计深度→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

3、施工质量控制措施

深层水泥搅拌桩属于隐蔽工程，施工中必须严格控制各个环节，做好桩体检测，严格按照规范设计施工，方可确保其施工质量。

（1）水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。

（2）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%，施工中如发现偏差过大，应及时调整。

（3）严格控制水灰比，严格按照设计的水灰比配制浆液，制备好的水泥浆不能有离析现象，停置时间不得超过2个小时，若停置时间过长，不得使用。浆液倒入集料时应加过滤筛，以免浆内结块，损坏泵体。

（4）由于水泥土搅拌桩对水泥压力量要求较高，为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪，同时现场应配备水泥浆比重测定仪，在施工前检查水泥及外掺剂的质量、桩位、搅拌机工作性能及各种计量设备完好程度，以备检测人员能够随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

（5）泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆，并记录泵送浆开始及结束时间。

（6）泵送必须连续，拌制浆液的罐数、固化剂和外加剂的用量以及泵送浆液时间、压力等应有专人记录。水泥浆拌制数量，应满足单桩总量拌制，一次用完，均匀喷浆。

（7）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻，当遇到硬土层搅拌下沉太慢时，可适量加水，但冲水对桩身强度有较大影响，需加大喷浆量，增加复搅遍数。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。

（8）在搅拌桩施工过程中采用"叶缘喷浆"的搅拌头。这种搅拌头的喷浆口位于搅拌叶片的最外缘，当浆液离开叶片向桩体中心环状空间运移时，随着叶片的转动和切削，浆液能较均匀地散布在桩体中的土中。

（9）为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再提升搅头，边喷浆、边提升、边旋转搅拌，余浆上提过程中全部喷入桩体，提升到原地面下30～50厘米时，不停浆并原地搅拌30秒再下沉搅拌。对桩身上端1/3桩长范围，应采取复搅措施，将此范围内的浆液分两次喷入，使搅拌效果更佳。当喷浆口到达桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒，以保证桩头的均匀性密实。整桩喷浆搅拌结束后，为使软土与水泥搅拌均匀，应再次将搅拌头边旋转边沉入土中至设计深度，再将搅拌头边旋转边提升出地面。

（10）施工前确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间。施工时用流量泵控制输浆速度，严格控制搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围内每一深度得以充分搅拌，确保桩身强度和均匀性，使注浆泵出口压力保持在0.4-0.6MPa，并使搅拌提升速度与输浆速度同步进行。

结束语

在三轴深搅桩施工过程中应对工程地质勘探资料、地质剖面图如渗透参数、软土地层颗粒级配、土壤标准贯入度试验值、地下水位等有一定的了解，通过分析确定最薄弱的土层。在围护工程施工过程中，应对止水帷幕施工状况作书面详细记录，除在施工过程中随时消除异常情况外，可对预计止水帷幕薄弱或软弱地层进行预注浆，以增强止水效果，减少漏水概率。一旦发生侧壁土层漏水，必须根据出水点位置、标高、所处土层土质、出水量大小确定堵漏方案。对地下水源较丰沛的地区，在止水帷幕设计时当条件允许时应避免止水帷幕与围护结构（如钻孔灌注桩）之间留有间隙，防止当发生止水帷幕局部失效时，在此间隙中形成漏水环形通道，从而导致漏水源点查找困难和漏水范围的扩大。

参考文献

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[2]李国伟.杰克实例分析三轴搅拌桩在基坑围护中的应用.2016.09

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