三轴搅拌桩在基坑止水工程中的应用

摘要:沿海、沿江地区海拔较低，地下水位较高，随着城市建设的日益发展,地下空间的利用规模也不断扩大,深基坑工程也越来越多。基坑施工导致周边地下水位下降及基坑下沉,存在极大的安全隐患。必须在基坑周边设置止水帷幕,稳定基坑内外的水位。三轴搅拌桩止水帷幕就是用三轴搅拌机在地基深部,将软土和水泥强制拌合,利用水泥和软土发生的物理化学反应,使之凝结成水泥柱状加固土体墙,切断基坑内外地下水流动的通道，保证基坑周边地下水位的稳定性。实践证明,三轴搅拌桩止水法不仅成本低、工期短、无污染,而且可以较好地解决基坑施工时所面临的水土流失危害及周边环境保护等难题。

关键词：三轴搅拌桩基坑止水工程应用

中图分类号： TV551.4 文献标识码： A

引言：三轴搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结形成桩体而提高基础的承载力并且搅拌桩在基坑的四周形成一个密闭的整体，能有效防止基坑外的水渗进基坑内。三轴搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度，但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。三轴搅拌桩现场施工如图1所示

图1 三轴搅拌桩现场施工图 图2三轴搅拌桩施工工艺流程图

一、三轴搅拌桩的主要优点

1、相对于单轴和双轴，三轴搅拌桩是三根桩一起施工的，施工速度明显比前两者快，且造价相对较低；

2、可充分利用原软土，采用原位土体加固技术，废土外运量少；

3、施工噪音小、无泥浆污染且安全性高；

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。

二、三轴搅拌桩的适用范围

三轴深层搅拌法通用于用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质，三轴搅拌桩可应用于房屋地基加固、堤防除险、基坑周围止水帷幕及连续墙槽壁加固等土体改良工程中。在施工过程中对邻近土体扰动很小，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，所以在场地有限且环境复杂的城市建设工程中也得到广泛应用。

三、三轴搅拌桩的施工工艺及质量控制

1.三轴搅拌桩施工工艺流程（图2）

2.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。

3.施工质量控制措施

三轴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%，成桩误差不大于50㎜，相邻桩施工间隔小于等于24小时；

（3）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；

（4）严禁使用过期水泥、受潮水泥，对每批水泥进行复试合格后方可使用，搅拌所用固化剂浆液倒入集料斗时应过筛，以免浆内结块损坏泵体，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；

（5）浆液不能发生离析，水泥浆液应严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30秒再倒入存浆桶，压浆阶段输浆管道不能堵塞，不允许发生断浆现象，全桩须注浆均匀，不得发生土浆夹心层，发生管道堵塞，应立即停泵处理。待处理结束后立即把搅拌钻具上提或下沉0.5～1.0m后方能继续注浆，等10～20秒恢复搅拌，以防断桩发生；

（6）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。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。每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力不小于0.4MPa；

（7）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。

（8）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。

（9）施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工；

（10）施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施；

（11）施工中因种种因素,可能产生冷缝,从而导致今后发生渗漏，故在围护桩达到一定强度后采取补桩的方式进行加固。为防止补桩时产生偏钻，保证补桩效果，素桩与围护桩搭接厚度约10cm。

4.质量检查

（1） 轻便触探法成桩7天可采用轻便能探法检验桩体质量。用轻便触探器所带勺钻，在桩体中心钻孔取样，观察颜色是否一致，检查小型土搅拌均匀程度、根据轻便触探击数与水泥土强度的关系，检查桩体强度能否达到设计要求，轻便能探法的深度一般不大于4m。

（2） 钻芯取样法水泥生产工艺流程成桩完成，对竖向承载的水泥土在90天后、横向承载的水泥土在28天后，用钻芯取样的方法检查桩体完整性，搅拌均匀程度，桩体强度、桩体垂直度。钻芯取样频率为1%～1.5%。 水泥搅拌桩桩径一般为500MM~550MM，最大为600MM，固化剂常用等级强度为32.5/42.5。

四、结语

工程实践证明，采用三轴搅拌桩止水的基坑止水效果良好，且三轴水泥搅拌桩相比于单轴和双轴，施工工期短，效率更高，搅拌也更为均匀，工程成本也相对单轴和双轴的低。此外，在采用套孔法进行施工的情况下，使得桩间搭接长度得到了有效保障，不会因为桩体垂直度存在的偏差而出现桩间长度不够的现象。在施工过程中，需要依据工程所在地的地质水文情况，不断优化施工工艺，提高施工质量，以取得更好的社会经济效益