多方位立体搅拌桩施工技术及问题探讨

徐明福

【内容提要】本文详细介绍了多方位立体搅拌桩的应用方向及主要施工技术，叙述了搅拌桩过程控制，及对成桩的监测和路基沉降观测，对发现施工过程中存在的诸多问题做了详细说明，并给出了有效的解决方法，对今后类似工程的施工起到借鉴意义。

【关键词】搅拌桩，施工技术，问题处理

1 多方位立体搅拌桩概述

水泥搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的一种施工方法，采用水泥作为固化剂，利用特制的双向搅拌机械，在地基下面将软土和水泥固化剂进行强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，形成水泥土，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

而多方位立体搅拌桩其加固原理与水泥土搅拌桩相同，只是在常规搅拌桩机水平搅拌叶片上增加竖向搅拌叶片（或在常规搅拌桩机的基础上，增加双向搅拌功能），以实现对水泥土多向全方位的立体搅拌，相对普通搅拌桩，在有效控制了返浆量的同时，搅拌的均匀性也大大提高，明显提高了桩体的强度，增加了有效成桩深度。双向搅拌钻头如图1-1。

图1-1双向搅拌桩机钻头

2 多方位立体搅拌桩施工工艺

喷搅工艺采用“二喷四搅”，即下钻搅拌喷浆，提升搅拌，再下钻搅拌喷浆，再提升搅拌。采用少量多次喷浆的方法既可以避免土体堵住钻头处喷浆口，又保证了桩身的均匀性。多方位立体搅拌桩施工工艺流程图见图2-1。

图2-1 多方位立体搅拌桩施工工艺流程

3 多方位立体搅拌桩施工方法

多方位立体搅拌桩在宁高城际轨道交通二期TA02标段中工程量约12万延米，水泥采用不低于P.O42.5级水泥，水灰比为0.5-0.6之间，28天龄期无侧限抗压强度不得小于1.2MPa。多方位立体喷搅桩采用“二喷四搅”施工方法，即下钻搅拌喷浆，提升搅拌，再下钻搅拌喷浆，再提升搅拌，完成成桩。搅拌机采用正反式旋转双向搅拌钻头，少量多次喷浆的方法既可以避免土体堵住钻头处喷浆口，又保证了桩身的均匀性。

3.1 准备工作

（1）充分熟悉设计文件及施工图纸，并详细了解施工现场地质情况，以设计文件及施工图纸、规范为依据，根据实际地质情况编写技术交底。

（2）进场后测量人员和技术人员共同进行导线点复测，并对桩位进行精确测量。测量成果报监理工程师审批。

（3）引进有施工经验的技术工人进行现场施工及机械操作。

（4）采用P.O42.5级并经检测合格后的水泥搅拌水泥浆。

（5）多方位立体搅拌桩桩机采用新型深层搅拌桩机，动力头采用双向多方位动力机箱，动力机箱属于东南大学专利，满足設计要求。

3.2 搅拌机就位

水泥搅拌桩桩机安装就位后，应进行全面的检查调整，主要有以下五点：

（1）钻头直径及钻杆长度是否满足设计要求；

（2）输浆管的导管是否堵塞；

（3）压浆泵是否能正常工作；

（4）发电机或外接电源是否和桩机电路接通；

（5）精确调整桩机机身的垂直度，清扫喷射口。

施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%；桩位的偏差不得大于50mm；成桩直径和桩长不得小于设计值。

3.3 水泥浆搅拌

水泥浆搅拌应采用二次搅拌工艺（正反方向搅拌头），水泥浆搅拌顺序为：

（1）浆液配比选定后向注浆池里面注入规定量的水；

（2）边搅拌边注入水泥；

（3）搅拌适中后放入二次搅拌桶里面进行二次搅拌。

（4）配置浆液时，水要清洁，咸缄适中。

所使用水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。拌制水泥浆液的罐数、水泥和外渗剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录；喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。

3.4 喷浆搅拌下沉

将搅拌机用钢丝绳吊挂在起重机上，用输浆管将堵料出罐砂浆泵同深层搅拌机接通，待搅拌机冷却水循环正常后，启动搅拌电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导架搅拌切土下沉。

施工时速度控制在0.8～1.0m/min，搅拌机下沉到设计加固深度时，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转30s后再提升搅拌。每米桩长水泥用量不少于65kg，水灰比0.55，喷浆压力0.2～0.5Mpa。（桩顶最小桩底最大）。

密切观测动力头工作负荷，控制电流指数不大于额定值，以防烧毁电机。如下沉速度过慢时，通过中心压入少量稠浆使上体湿润，从而加快下沉速度。

为了保证水泥浆搅拌桩桩底、桩头的质量，在桩底和桩头均要用Ⅰ档喷浆搅拌30s。

喷射过程中经常检查浆液初凝时间喷浆压力及旋转提升速度等参数是否符合规范要求，钻进至设计深度时检查记录电流值做好原始记录。

3.5 提升搅拌

钻进到达设计深度后，进入持力层时电流表读数I≥60A，在桩端50cm范围用Ⅰ档喷浆搅拌30s后，提升搅拌至桩头，提升速度控制在≤30cm/min。

3.6 终孔

搅拌桩加固深度终孔条件有三种情况：一是钻孔达到设计深度，同时钻机电流大小达到要求，可以结束钻孔；二是钻孔未达到设计要求，钻机电流大小达到要求，报监理工程师确认桩已穿透软弱土层到达硬层以下深度满足设计要求，此时可以结束钻孔；三是钻孔深度已达到设计要求，钻机电流大小未达到要求，须继续钻孔到达硬层以下深度满足设计要求后报监理工程师确认后才能终孔。

搅拌桩必须穿透软弱层至硬底，嵌入粉质黏土（硬塑）不小于1m，桩体水泥掺入量符合设计、规范要求。记录终孔时电流表读数。

多方位立体（含双向）水泥土搅拌桩施工时，停浆面应高于桩顶设计标高300～500mm。在基底开挖时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。

3.7 搅拌机移位

提升搅拌结束后冲洗钻杆、喷嘴，整个作业结束，将钻机等机具设备移到新孔位上后按上述步骤施工，进行下一根桩的施工。搅拌桩施工时采用顺打法施工。

4 搅拌桩检测

多方位立体搅拌桩成桩检测采用28天取芯强度不小于1.2MPa，及复合地基载荷试验，如图2-1、图2-2。

5 路基沉降观测

以对DK11+912.5-DK12+012.5多方位立体搅拌桩地基加固段进行填筑期观测，预压期观测，路面施工期观测及工后观测4个阶段观测。观测结果表明，多方位立体搅拌桩有效改善了地质条件，提高了地基承载能力，确保了路基施工质量。

6 多方位立体搅拌桩施工过程中存在问题及解决方法

6.1 打桩过程中水泥浆外溢

多方位立体搅拌桩施工过程中水泥浆部分外溢，使计划喷入的水泥浆总量减少，容易造成桩身内部水泥浆过少，成桩质量差。

发生此种情况主要原因是土层变化，土层过粘，使喷浆管喷入土层中的水泥浆延钻杆向上冒出，影响成桩。

遇到此种情况时，首先需保证水泥浆的配比，不能过稀，其次在发现水泥浆上冒时应该停止注浆，加速搅拌，并不得下钻，可以提升攪拌，待水泥浆不外冒时方可下钻搅拌喷浆施工。

6.2 桩机搅拌下沉过慢

多方位立体搅拌桩机在搅拌下沉过程中下沉速度过慢，造成桩身水泥浆存在量不均匀。

发生此种情况的原因一是地层变化大，可能遇到硬土层，钻头的阻力加大，造成靠自重无法下钻或下钻过慢。此时可适量冲水，但因为冲水会对成桩质量造成一定的影响，所以必须严格控制冲水量；也可以更换钻孔钻头，待通过硬土层后再使用多方位立体搅拌桩钻头。

另一种原因是可能会遇到块石、树根等不明障碍物，钻头无法通过时可以采用人工或机械挖孔排除障碍物，但挖孔不得影响周围的桩，挖的孔也要用土分层回填夯实后方可继续施工。

第三种原因可能是地基土质过粘，造成桩机自身自重下钻困难，此时可以适当增加配重来解决此问题。

6.3 输浆管爆裂或堵塞

输浆管爆裂或堵塞的主要原因是后场控制不严，水泥浆内有杂物或水泥浆沉淀离析，造成输浆管堵管，进而使输浆管爆裂，影响施工。

预防此种情况的最主要方法是水泥浆入集料池前要用细筛过滤，水泥浆在集料池内也要经常搅拌，防止水泥浆沉淀。结块的水泥或受潮的水泥不得使用。当停机时间较长时，一定要浆输浆管拆掉冲洗，以防水泥凝结堵塞管路。

6.4 水泥浆与土搅拌不均匀

多方位立体搅拌桩成桩后检测发现一种桩中心水泥浆多，四周水泥浆少。这种情况主要原因是注浆泵压力较小或喷浆孔堵塞，水泥浆不能喷身出来或只能喷出少量。预防此种情况发生的主要方法是输送管路必须要定期冲洗，以防喷浆孔堵塞，另喷浆孔不应太大，喷浆孔的位置应符合要求。

另一种是成桩后某一段水泥浆少，出现断桩现象。主要原因在于搅拌下钻度过快，下钻拌喷浆的速度不协调，进而造成下钻而喷浆量少，出现断桩现象；或者是因为在下钻过程中出现喷浆孔临时堵塞使水泥浆喷射不出，而出现断桩。出现这种情况时应该调整下钻速度与注浆机喷浆量相协调，喷浆管堵塞时应拔出钻头舒通喷浆管后再下钻施工，下钻时应该向下重叠50cm左右。

6.5 电流过高

在施工过程中，突然发现钻机电流量过大，造成电机跳闸。主要原因是钻机下沉搅拌时，钻齿与水泥土围抱成一团，使钻机下钻阻力过大，电流量升高造成电机跳闸，进而影响成桩质量。发生此种情况时，应停止下沉，适量喷浆原地空转，再向上提升一段，待电流恢复正常后，再继续下沉。

7 总结

本文对多方位立体搅拌桩的施工技术及问题做了简要说明，并且对成桩质量和路基沉降等都得到了有效的控制，避免了水泥搅拌桩成桩质量难以保证、处理深度偏小等弊端，对今后施工相类似工程起了指导意义，同时通过工程实例、试验数据分析及地基沉降监测也说明了多方位立体搅拌桩具有优越的工程特性及较好的经济效益，在以后的施工中具有广泛的应用前景。

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