浅谈五轴搅拌桩在基坑支护止水帷幕中的应用

浅谈五轴搅拌桩在基坑支护止水帷幕中的应用

王秋桥

海南建科院岩土工程有限公司 海南海口 570206

摘要：在基坑支护工程领域，随着施工技术的发展和施工经验的积累，搅拌桩以工期短、造价低、便于施工等优势，广泛应用于基坑支护工程中。近年来，随着地下空间开发规模的扩大，地下室层数越来越多，基坑开挖深度随之增加；传统的单轴、双轴、三轴搅拌桩止水帷幕已无法满足基坑支护工程对搅拌桩越来越高的施工要求，五轴搅拌桩具有工期短、造价低、连续性好、工效高、保证施工质量等特点，在基坑支护工程领域具有广阔的应用前景。本文将结合工程实例从设计选型和施工两个方面介绍五轴搅拌桩在实例中的应用。

关键词：基坑支护，五轴搅拌桩、工期短、应用

引言：早在20世纪70年代，单轴搅拌桩开始应用于加固软土地基，因其造价低、布置方式灵活等特点广泛使用于软土地基处理和基坑止水帷幕中，但单轴搅拌桩施工机械施工稳定性差、施工过程搅拌桩垂直度容易出现偏差，基坑支护止水帷幕质量难以保证、施工桩长有限、工效差等缺点；为了克服单轴搅拌桩施工工艺的缺点，双轴、三轴、五轴搅拌桩施工工艺应运而生。目前，基坑支护止水帷幕轴中采用较多的是三轴搅拌桩和五轴搅拌桩施工工艺。对于止水帷幕周长、搅拌桩施工桩长一致，采用套打一孔施工的基坑支护工程，五轴搅拌桩比三轴搅拌桩的施工幅数更少，在施工过程中，桩机移动次数更少，提高了施工效率，缩短了工期，以及减少了套打区域的重复注浆，减少了施工水泥用量；在基坑支护工程中有更广阔的应用前景。

1.概述

1.1施工原理：搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过五轴搅拌机将固化剂和地基土进行搅拌，使地基土硬化成连续性、抗渗性和一定强度的桩（墙）体 ^[1]。

1.2施工机械

五轴搅拌桩机主要由桩架、动力头、中间支撑架、钻头及下部支撑架组成。五轴搅拌桩是采用专用五轴搅拌机施工，钻具的三轴同向旋转喷浆与土拌合，两轴逆向高压喷气在孔内与充分翻搅拌和，由于中间两轴高压喷出的气体在土中逆向翻转，使与水泥浆液拌合的土体更加均匀，加固效果更好，抗渗性能更高。

图1.2.1五轴搅拌桩施工照片

图1.2.2五轴搅拌桩钻机部位示意图

1提升导向机构；2水泥浆管支架；3动力箱；4钻具 ；5中间支撑架；

6下部支撑架；7保持架1；8保持架2

2.五轴搅拌桩在深基坑支护工程实例中的应用

2.1工程概况

拟建的海南省图书馆二期项目位于国兴大道南侧、文兴路北侧、拟建建筑物包括东、西共2栋2～6层图书馆（属大型图书馆），分别设1层地下室,西楼基坑开挖深度为7.70m，基坑围护周长约338m。东楼基坑开挖深度为7.50m，基坑围护周长约315m。

2.2周边环境

东、西两个基坑中间为图书馆一期（2F，无地下室，预应力管桩基础），基坑四周均设临时施工道路和材料堆场，西楼基坑北侧为国兴大道；西侧为兴丹路，距离基坑约70m位置为美舍河；南侧为赛事中心综合楼；东侧为图书馆一期建筑。东楼基坑北侧为国兴大道；西侧为图书馆一期建筑；南侧为材料堆场和施工道路；东侧为文坛路。

图2.2.1 基坑周边环境分析图

2.3地质条件

根据勘察报告，本基坑设计主要涉及到以下土层：

表2.3.1 基坑支护设计土层岩土参数表

基坑开挖范围内主要为第①层素填土、第②层粘土、第③层砾砂：主要成份为石英质中粒，次为粗粒、细粒，粘粒含量约3～12%，层厚2.00～10.70m，平均值4.48m。第④层淤泥质粘土：主要分布于东楼场地，流塑～软塑状，层顶埋深6.00～9.30m，层厚0.80～15.20m，平均值7.49m。

2.4方案选择

因东、西楼中间的图书馆一期建筑（预应力管桩基础）限制，及地层中存在较厚淤泥质粘土层，地质条件较差。故方案采用钻孔灌注桩悬臂+坑内被动土加固和桩锚（钻孔灌注桩+高压旋喷扩大头锚索）的支护形式。

（1）场地条件：根据勘察报告，地下水埋深较浅，开挖范围内为层厚2.00～10.70m的砾砂层，其水层富水性和透水性较好，西楼基坑西侧约70m处为美舍河，水量丰富。东、西楼基坑中间为海南省图书馆一期建筑，属于重点保护建筑，若止水帷幕渗漏，容易出现地面不均匀沉降从而导致图书馆建筑的沉降及开裂，对本基坑止水帷幕的整体性、抗渗性要求较高。

（2）工期：以φ850三轴搅拌桩和φ850五轴搅拌桩止水帷幕为例，套打一孔施工，采用两搅两喷施工工艺，施工桩长10m～22m，施工时长12h/d，基坑总围护周长为653m。

表2.4.1 五轴搅拌桩与三轴搅拌桩施工工期对比

由以上表格可得出，相比三轴搅拌桩，五轴搅拌桩施工工期至少缩短一半。

（3）水泥用量：水泥掺入量为20%，土重度取1.85t/m3，施工水泥用量为370kg/m3。

表2.4.2 五轴搅拌桩与三轴搅拌桩施工水泥用量对比

由以上表格可得出，相比三轴搅拌桩，五轴搅拌桩止水帷幕部分水泥用量节省了691.5t。

综合以上场地条件，施工工期和造价要求，最终采用φ850mm五轴搅拌桩作为全封闭止水帷幕。

图2.4.1西楼、东楼基坑支护平面图

2.4.2 支护剖面图

3五轴搅拌桩施工要求

3.1设计参数：桩径φ850mm，桩心距600mm，桩长10m～22m，套打一孔；水泥掺入量为20%，土重度取1.85t/m3，采用P·O42.5普通硅酸盐水泥。施工水泥用量为370kg/m3。

3.2初设搅拌时间控制：下沉速度0.8min/m；提升速度1.5min/m；采用BW-250型泥浆泵，流量分别为52 L/min，90L/min，145L/min，250 L/min，根据施工经验3台泵均取145 L/min流量，总共供浆速度为435L/mim。

现场采用2台10m³空压机，由两路供气，确保施工时气压孔压力均衡。

3.2水灰比计算：（桩长按22m计算）

单幅五轴搅拌桩截面积：2.42m²

_{每套米水泥用量：}

1幅桩水泥用量：

1幅桩施工时间：

1幅桩水泥浆供应体积：

1幅桩用水量：

水灰比：

由以上计算得出水灰比为1.5～2.0，水泥流量为300 L/min～450L/min（三泵），泵送压力：1.5MPa～2.5MP。下沉速度不大于0.5m～1.0m，提升速度不大于1.0m～2.0m；机架垂直度偏差不超过1/250，成桩垂直度不超过1/200，桩位布置偏差不大于50mm；施工前应通过试桩确定施工具体参数。

3.3施工方法：采用两喷两搅施工工艺，套打一孔，跳槽式施工，相邻两桩施工间隔不得超过18h；

图3.3.1止水帷幕五轴搅拌桩施工顺序示意图

3.4具体施工流程：

施工准备→桩位放样→开挖沟槽→桩机就位→制作泥浆液→喷浆搅拌下沉至桩底标高→桩底重复搅拌→喷浆搅拌提升至设计桩顶标高→结束施工，桩机移位。

图3.4.1五轴搅拌桩下下沉及提出喷浆施工示意图

图3.4.2五轴搅拌桩施工照片

海南省图书馆项目基坑支护工程处于市中心，基坑开挖后未出现漏水、渗水、坑底诵沙、冒水等情况，五轴搅拌桩在该工程取得良好的效果。

4小结

经本工程实践证明，五轴搅拌桩施工工艺相比传统的搅拌桩施工工艺具有施工噪音小，对周围地层影响小等特点；在施工工效方面，一次完成5根搅拌桩施工，大幅度减少了搅拌桩的套桩个数，既缩短了工期，又减少水泥用量及损耗，具有抗渗性好、经济技术指标好工期短等优点，在基坑支护工程具有良好的发展前景。

5参考文献

[1] 上海城地建设股份有限公司，上海建工集团股份有限公司，同济大学主编.五轴搅拌桩（墙）技术标准(DG/TJ 08-2277-2018),上海：同济大学出版社，2018

[2]某综合楼基坑支护的设计与施工[J]. 杜志娥.  山西建筑. 2011(31)

[3]五轴搅拌桩在基坑支护中的应用[J]. 黄木平,方威,周军民.  建筑施工. 2016(04)

[4]搅拌桩围护结构基坑抗隆起稳定分析[J]. 屠毓敏,魏汝龙.  工业建筑. 1998(05