施工论文发表三轴水泥搅拌桩应用与质量控制

　　摘要：随着城市市政建设的大发展，地下空间的开发规模也不断扩大，出现了越来越多的深基坑工程。同时，深基坑工程还面临着深度大、地质水文条件复杂和对周边环境保护要求日趋苛刻等问题。为妥善解决这些问题，某地铁车站采用了三轴水泥搅拌桩进行基坑和端头井加固。实践证明，该工法不仅节约成本，而且可以较好地解决深基坑施工时所面临的承压水危害及周边环境保护等难题。本文首先分析了三轴水泥搅拌桩施工技术的优缺点，然后结合工程实例详细探讨了其在地铁施工中的技术应用及质量控制要点。

　　关键词：三轴水泥搅拌桩,地铁,加固,搅拌机,接头

　　一、采用三轴水泥搅拌桩进行地铁端头加固的优缺点分析

　　(一)优点

　　1、采用专用三轴水泥搅拌桩施工，两轴同向旋转喷浆与土拌合，中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌合，使原来已拌合的土体更加均匀，成桩直径更加有效，加固效果更优。

　　2、三轴搅拌机械施工效率高，相对单轴或双轴搅拌机械施工工期大大缩短，对于施工工期要求紧的工程，此法施工特别有效。

　　3、适用范围广。水泥深层搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土、泥炭土、有机质土等地基。同时，水泥深层搅拌桩所形成的水泥固体可作为竖向承载的复合地基，基坑工程围护挡墙、被动区加固、止水帷幕等。

　　4、对周围环境影响小。就地切削土体、使土体与水泥浆液充分搅拌混合形成水泥土，并用低压持续注入的水泥浆液置换处于流动状态的水泥土，保持地下水泥土总量平衡。该工法无需开槽或钻孔，不存在槽(孔)壁坍塌现象，减少对邻近土体的扰动，降低对邻近地面、道路、建筑物、地下设施的危害。

　　(二)缺点

　　地基加固施工时，将要置换出一部分泥浆，对施工现场的文明施工造成一定的影响;施工机械设备比较大，现场组装需要提供很大的施工场地。

　　二、三轴水泥搅拌桩的加固机理及施工中应用的技术要点

　　(一)加固机理

　　利用水泥作为加固剂，使用特制的深层搅拌机械，在地基深部将软土、水和水泥进行强制搅拌，使软土硬结形成桩体，并通过三排桩依次施工，使得桩与桩之间连成整体，从而起到提高地基的承载能力形成止水帷幕，阻挡基坑周边的水进入基坑的一种施工方法。

　　(二)施工技术要点

　　1、施工场地平整

　　平整施工场地，清除一切地面和地下障碍物;当施工场地表面过软时，采取铺设路基箱或铺设钢板的措施防止施工机械失稳。

　　2、桩位放样

　　由现场技术员根据设计图纸和测量控制点放出每排桩控制桩位，并及时做出引桩，桩位平面偏差不大于3cm。

　　3、施工顺序

　　三轴水泥搅拌桩施工按图1顺序进行，(Φ650@450mm，其中阴影部分为重复套钻)，保证墙体的连续性和接头的施工质量，该施工顺序一般适用于N < 50 的地基土，水泥土搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度正是依靠重复套打来保证，以达到止水作用。除此之外，桩基咬合度可以根据设计需求进行改变。

　　4、备置水泥浆

　　(1)水泥掺量计算

　　水泥M=断面积(1.495)×深度×设计掺量×土的密度。例如20m深，掺量20%，直径850的桩，土的密度1.9g/cm3 ，水泥用量为：1.495×20×1.9×20%=11.362t。

　　(2)水灰比

　　本车站设计水泥掺量为15%～20%，水灰比设计为0.8～1.5，采用水灰比1:1，(900kg水，900kg水泥)，浆液比重为1.5。泵浆压力0.6～0.8MPa。

　　5、搅拌桩施工方法

　　(1)测量放线

　　根据坐标基准点，按设计图以及外放量放出桩位，设临时控制桩，填好技术复核单，提请监理验收。

　　(2)搅拌机就位

　　钻机定位前使用挖机开挖2m(宽)×2m(深) (宽、深可根据现场实际情况适当调整) 沟槽作为导沟，确保为桩位提供导向装置。在沟槽外侧测量定位控制桩根据桩位标志进行桩机定位，定位后桩机应平稳、平正，第一次施工时用全站仪器校准桩机垂直度，后续正常施工时用铅垂检查其垂直度。

　　(3)搅拌及注浆

　　启动浆喷机电动机，放松起重机或卷扬机钢丝绳，使浆喷桩机沿导向架自上而下浆喷切土下沉，开启灰浆泵同时喷浆，边喷浆边旋转，使水泥浆和原地基土充分拌合，直到下沉钻进至桩底标高，并原位喷浆30S以上。确认浆液已经到桩底时，以试验确定的速度提升搅拌钻头，边喷浆边旋转，提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵，在原位转动喷浆30s，以保证桩头均匀密实。

　　(4)成桩

　　待水泥搅拌桩达到一定硬化时间后，将沟槽回填压实。为确保桩身强度和均匀性，施工过程中要求做到:

　　①严格控制按相关参数配置浆液;

　　②土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，使原状土充分破碎有利于同水泥浆均匀拌和;

　　③浆液不能发生离析，水泥浆液严格按预定配合比制作，浆液停置时间不得超过2h，防止灰浆离析，注浆前必须搅拌30s 再倒入存浆桶;

　　④压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层;

　　⑤发生管道堵塞，立即停泵处理，待处理结束后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m 后方能注浆等，10s～20s 恢复搅拌，以防断桩。

　　⑥钻进过程中，会不断向导沟冒出浆液，浆液需及时挖出、运走。

　　(5)检测

　　搅拌桩施工完成后，按设计要求的项目进行检测，确保施工质量符合设计和规范要求。

　　三、三轴水泥搅拌桩施工质量控制要点

　　本工程地铁端头井加固主要为盾构始发接收做准备，端头井外设止水帷幕、止水帷幕距离端头井15m，宽为端头井两侧外2.8m，三轴水泥掺量20%。端头井外9m为加固区，宽为端头井两侧1.5m。三轴水泥掺量15～20%。本工程三轴水泥搅拌桩止水帷幕施工技术质量控制要点如下：

　　(一)质量控制要点

　　1、开机前必须探明和清除一切地下障碍物，须回填土的部位，必须分层回填夯实，以确保桩的质量。

　　2、桩机行驶路轨和轨枕不得下沉，桩机垂直偏差不大于1%。

　　3、搅拌头二次提升速度均控制在0.5m/min～1m/min。注浆泵出口压力控制在0.6MPa ～ 0.8MPa。

　　4、桩与桩须搭接的工程应注意下列事项:

　　(1)桩与桩搭接时间不应大于24 h;

　　(2)如超过24h，则在第二根桩施工时增加注浆量，可增加20%，同时减慢提升速度。

　　(3)如因相隔时间太长致使第二根桩无法搭接，则在设计认可下采取局部补桩或注浆措施。

　　5、桩机预搅下沉应根据原土情况，保证充分破碎原状土的结构，使之利于同水泥浆均匀拌和。

　　6、采用标准水箱，严格控制水灰比，水泥浆搅拌时间不少于2min～3min，滤浆后倒入集料池中，随后不断的搅拌，防止水泥离析。压浆应连续进行，不可中断。

　　7、质量检测

　　水泥深层搅拌桩施工完成后，要对其施工质量是否达到设计要求而进行质量检测，质量检测要由有检测资质的机构进行检测，质量检测方法主要有3 种：

　　(1)轻便触探试验

　　施工完成后3d 内的N10 轻便触探试验，主要目的是检验水泥搅拌桩桩身水泥浆液的分布均匀性，轻便触探深度一般不大于4m，检测频率为施工总桩数的1%，且不少于3 根。

　　(2)静载试验

　　施工完成28d 后进行的水泥搅拌桩承载力(静载)试验，可采用复合地基承载力试验和单桩承载力试验。主要目的是检验水泥搅拌桩完成后对地基的承载力是否得到提高，检验桩身是否达到设计和规范要求，检验数量为施工总桩数的0.5%～1.0%。且每项单体工程不应少于3 根。

　　(3)抽芯取样

　　经轻便触探和静载试验后对桩身质量有怀疑时，在成桩28d 后，用抽芯机对桩体进行抽取芯样，主要目的是检验桩身的强度、完整性、桩土搅拌均匀度及桩身长度。检验桩身强度是要求抽取芯样送检测机构进行28d 和90d 的无侧限抗压强度试验。检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3 根。

　　在实际施工过程中最常用的检测方法是成桩28 d后,钻芯取样做无侧限抗压强度试验,来检验桩身的强度和均匀性。一般地基加固28d无侧限抗压强度要求在1.0～1.2Mpa。

　　(二)施工中常见的问题

　　1、意外停机时的应急措施

　　发生意外停机事件，将钻杆提高或降低100cm，重新搅拌，防止出现断桩或夹层现象，若两桩咬合超过24h，则采用加桩方式进行处理。

　　2、垂直度控制及纠斜措施

　　准确定位桩的平面位置，桩机就位严格按桩的平面位置就位。对于有偏斜的桩位，若偏斜量过大，导致桩与桩之间不能有效搭接时，采用加桩的措施，在其后面补作加桩。

　　3、接头施工质量保证措施

　　根据设计要求，应保证止水帷幕的连续性和接头的施工质量，桩体搭接长度满足设计要求，以达到隔水作用。在无特殊情况下，搅拌桩施工必须连续不间断地进行。如因特殊原因造成搅拌桩不能连续施工，时间超过24h 的，必须在其接头处外侧采取补做搅拌桩或旋喷桩等技术措施，以保证隔水效果。

　　4、水泥供应保证措施

　　施工过程中，水泥采用散装水泥且需求量大。为保证施工连续性，水泥供应及储存必须提前考虑以满足施工需求。现场配备两个60t水泥罐，每个罐内水泥用完时及时通知水泥进场。

　　5、机器损坏预防措施

　　在准备阶段对机器进行全面检查，对易磨损、易损坏的配件进行保养;在间歇时间较长时，向集料斗中注入适量的清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残余的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在搅拌头上的软土清除干净。

　　结语

　　综上，三轴深层水泥土搅拌桩施工方法作为软基处理的方法之一，相比单轴、双轴深层搅拌桩在施工速度、施工质量上占有明显的优势。其显著的加固效果、低廉的工程造价、广泛的使用地层等优点，使得该种化学加固工艺日益受到设计者的青睐。同时，三轴深层水泥搅拌桩施工管理需要各管理层的重视才能得到有效的保证，施工人员也要提高认识和业务水平，重视施工过程质量的控制，才能有效地保证其加固效果。

　　参考文献：

　　[1]郭讨论.水泥深层搅拌桩施工技术[J].山西建筑，2010.3.

　　[2]刘国彬.基坑工程手册(第二版)[M].中国建筑工业出版社，2009.

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