三轴深搅桩在止水帷幕施工中的应用

摘要： 本文着重对三轴深搅桩在明挖隧道止水帷幕中的施工过程及质量控制进行了阐述。

关键词： 三轴深搅桩 止水帷幕 质量控制

1.前言

南京城市快速内环东线二期工程主体结构为明挖暗埋法隧道，基坑支护的止水帷幕采用三轴深搅桩。止水帷幕的施工质量直接关系到基坑安全及周边环境（道路、建筑物等）的安全，因基坑渗漏而造成周边道路沉陷或建筑物不均匀沉降的事件时有发生。在“看不见、摸不着”的情况下如何控制三轴深搅桩施工质量，确保基坑及周边环境的安全，是施工过程中质量控制的重点工作

2.三轴深搅桩的特性

深层搅拌法是利用水泥作为固化剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥（浆液或粉体）强制搅拌，水泥和软土产生一系列物理、化学反应，使软土硬结改性。改性后的软土强度大大高于天然强度，其压缩性、渗水性比天然软土大大降低。

2.1加固机理

软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化学反应过程，减少了软土中的含水率，增加了颗粒之间的粘结力，增加了水泥土的强度和足够的水稳定性。在水泥加固土中，由于水泥的掺量较小，一般占被加固土重的10―20%，水泥的水化反应完全是在具有一定活性的介质――土的围绕下进行，所以硬化速度较慢且作用复杂。

2.2水泥土的主要特性

水泥土的容重与天然土的容重相近，但水泥土的比重比天然土的比重稍大；水泥土的无侧限抗压强度一般为300―400kPa，比天然软土大几十倍至百倍；不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量的粉煤灰后，强度均比不掺粉煤灰的提高10%，因此采用深层搅拌法加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可提高水泥土的强度。

3.施工工序

3.1设备定位

轴线偏差可采用虚拟轴线法控制，即事先在机身旁用钢筋焊一样架，此样架距三轴深搅桩中心轴线1.5米，然后在距三轴深搅桩1.5米处平行于轴线拉一道线，移机时样架始终对准此线，即可保证准确定位。同时，桩机上平行轴心线安装桩机校核装置，通过核准辅助线准确核准桩位。桩机移位时保证桩机轴心线与三轴深搅桩轴线重合，可确保桩位准确。为了保证设备定位的垂直度，在桩机塔架上安装一吊锤，并设有一连通管装置，标画有桩机倾斜刻度线，开机前通过液压系统调平机身，下沉及提升过程中根据吊锤指示装置和连通管液面刻度变化来控制桩机垂直度，使之小于设计要求的允许偏差。

3.2制浆

按设计要求选用水泥。水泥必须有质保书和检验报告单，进场后还要按规定取样送检。拌制浆液前，应先在灰浆拌制机内注入一部分清水，然后边搅拌边倒入水泥，水量应按水灰比定量施加。

3.3搅拌和注浆

桩机准确定位后，启动电机，放松起重机或桩架的钢丝绳，搅拌机即开始切土搅拌下沉，下沉搅拌速度一般不大于2.0m/min。因土体中过多的含水量对水泥浆有稀释作用，预搅下沉时一般不使用水，以免对桩体强度产生不利影响。当搅拌头进入砂性土层时，下沉速度可能小于0.1m/min，可从输浆系统补给少量清水以利钻进。

当搅拌头下沉至一定深度以后，即开始制水泥浆，下沉至设计桩底标高时，开启灰浆泵，使水泥浆自动连续喷入地层中，开始喷浆30―60s不提升，并使搅拌头在桩底1m范围内上下活动一次，确保底部加固，然后边喷浆边提升搅拌头。提升速度应根据地层情况及水泥浆比级参数确定（一般控制在0.5―0.6m/min左右）。提升过程中，不断喷入新浆，提升至设计桩顶高程0.5米以上，停止提升，继续搅拌数秒，使浆液完全到达桩顶。然后桩机向前平移既定距离，重复以上施工工序。

3.4桩间搭接

桩间搭接是三轴深搅桩施工质量控制的一个十分重要的环节，搭接部位的防渗性能直接影响止水帷幕的防渗性能，所以必须高度重视。桩间搭接质量主要通过深搅机移位控制。施工中应严格控制每次移位距离，确保桩与桩之间的搭接厚度满足设计要求。

4.断桩处理

施工过程中若发生喷浆中断，应将喷浆管下沉至停浆点以下0.5m，等恢复供浆时再施喷提升。因停电或机械故障而中断施工时间过长造成断桩时，可采取补强灌浆或补桩的方法处理。补强灌浆每桩布置1―2个灌浆孔，灌浆压力0.05Mpa，补桩采用三头桩机施工、两次成墙施工工艺，一根断桩补加施工两根桩，横向与原桩相切8―10cm。也可以先用钻机钻孔，然后用单管高喷接桩50cm，再用深层搅拌机从原中断位置搅拌。

5.质量检验

5.1施工过程中的检查

在施工中，每根桩都要有一份完整的质量检验单，必须由施工人员和监理人员签名后作为施工资料。质量检验主要有以下八个单项：

5.1.1桩位。

设计要求定位偏差不超过5cm。施工前在桩中心插桩位标，施工后将桩位标复原，以便验收。

5.1.2桩顶、桩底高程。

桩顶、桩底高程均不低于设计值。桩底一般应超深10―20cm，桩顶应超高10―50cm。

5.1.3桩身垂直度。

施工时用水平尺或其他方法检查导向架和搅拌轴的垂直度，间接测定桩垂直度。桩身垂直度要求在0.5%，要严格控制。

5.1.4桩身水泥掺量。

一是按设计要求检查每根桩的水泥用量，二是总用量控制，三是可分别对包装水泥和散装水泥进场计量。监理人员不能简单地看记录表的水泥用量，应旁站现场抽查实际耗用水泥量。

5.1.5水泥标号。

对进场每批次的水泥要检查标号、质保书、试验单、出厂日期，有没有过期、结块等，发现不合格水泥立即清退出场。施工单位应在监理见证员的监督下按规定取样送检。

5.1.6搅拌头上提喷浆的速度。

提升速度控制在0.5―0.6m/min左右。

5.1.7浆液水灰比。

一种水泥在一定的水灰比下的密度是一定的，施工人员应利用测量水泥浆的密度比重而控制水灰比，监理人员要不定时进行抽查，发现问题及时调整，确保达到设计水灰比要求，

5.1.8水泥浆液搅拌均匀性。

应注意贮浆桶内浆液输送的均匀性和连续性，喷浆搅拌时不允许出现输浆液管堵塞和爆裂现象。根据施工经验可在输浆管前设简易过滤网。

5.2单项工程完工后的检查

水泥土搅拌桩竣工后按不同工程内容，根据设计要求，可采取下列方法进行质量

检查。

5.2.1标准贯入试验。

这种方法可以检查不同桩体的强度变化和桩体的均匀性。

5.2.2静力触探试验。

这种方法可以测试锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力、倾斜度等。

5.2.3取芯检验（本工程采用此法）。

这种方法可以很直观地检验桩体强度和搅拌的均匀性。

5.3基坑开挖后的质量检验

对作为侧向围护和隔水帷幕的水泥搅拌桩，开挖时是对施工质量的直观检验。主要检验项目有墙面渗漏水现象、桩体水平位移量、坑底渗漏情况、坑底隆起情况。

6.有待解决的问题

在施工过程中常常会出现三轴深搅机电脑喷浆记录仪反映的每米喷浆量不一致的情况，由于地层的软硬程度、空隙率不同，在所有施工参数都相同的情况下，每米注浆量差异很大，有的误差甚至超过20%。往往存在着单元墙体的水泥掺入比满足设计要求，但墙体某段的水泥掺入比却达不到设计要求，形成了墙体抗渗性能的薄弱部位。在实际工程中，地基多数具有由几种土质组合而成的多元结构，由单一土质构成的地基条件很少，理论上对不同的土层应选择不同的施工参数，而实际施工时，由于单元墙体的成墙时间很短，而且是搅拌下沉或搅拌提升和喷浆是一气呵成，使用不同施工参数进行施工难以实现。施工参数选择和施工过程控制如何适应地层的问题有待进一步研究解决。其次，目前搅拌桩防渗墙的检测手段还不成熟，特别是单元墙体间的搭接质量还没有过硬的检测方法，搭接处是否存在开叉现象也无法探明。

7.结语

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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