三轴水泥搅拌桩超深钻进施工技术

黄强

【摘要】本文结合湖南某商业中心为例，详细说明了三轴水泥搅拌桩的施工流程、施工工艺和施工过程中应当注意的问题，为广大工程技术人员提供了技术参考。

【关键词】三轴水泥搅拌桩；锥形镶齿螺旋钻头；施工工艺

1、工程概况

湖南某商业中心基坑面积约4.5万m2，地下2层，开挖深度约15～24 m，地块中间横穿运营中的交通线，为了有效隔断承压水在塔楼坑中坑区设置双排?850@ 600三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，三轴搅拌桩长约52m。

2、地质概况

根据勘察揭示的144. 7m以上各土层由冲湖积相沉积物组成，土层分布较稳定，呈水平成层的特点，根据土层沉积年代、成因类型、土性和状态，并参考本地区土层划分经验进行分层，可分为10个工程地质层，26个工程地质亚层各土层分布特征如表1所示。

表1 土分布特征

3、施工难点分析

1）本工程超深三轴搅拌桩穿过粉土夹粉砂层隔断承压水，采用“一杆到底”施工工艺。无需在施工过程中加接杆，根据止水帷幕设计深度，提前将钻头、钻杆拼装完成，施工过程中钻头、钻杆下沉、提升一次性不间断完成，成桩垂直度高、连续性好，可较好地避免“开叉”、“冷缝”等质量问题的出现，且施工进度快，确保竖向止水帷幕的完整性和有效性。

2）在三轴搅拌机设备上增加风速显示仪、垂直度电子监控仪，施工全过程对钻杆垂直度进行观测、校正，对成桩垂直度有很好的保证，因此能够做到60 m超深三轴搅拌桩垂直度在1 /300。

3）针对长沙地区特有的土体，改进后的锥形镶齿螺旋钻头，具有极好的土层穿透能力，可以大幅度提高该土层的钻进速度，确保施

工质量的同时，提高了工效，降低了成本。

4、施工方法

4. 1设备选择

选用JB180全液压步履式有垂直度显示仪的三支点打桩架、配备ZLD85-3三轴动力头。

4. 2施工工艺

三轴水泥土搅拌桩采用二喷二搅成桩的施工工艺，工艺操作流程如图1所示。

图1 施工工艺流程

4. 3施工控制点

4. 3. 1施工放样

根据现场复核过的基准点，直线段部分放出将要施工的一排桩的中心线（首末2幅桩的一个边孔中心的连线），向外侧方向偏移并标记该引线，并标记该引线，以便于施工定位。确保定位放线准确，采用套打的方式确保每幅成桩后有效搭接。（见图2）

图2 直线段放样

曲线段的桩位逐点放出，向外侧方向偏移并标记该引线，并标记该引线，以便于施工定位。（见图3）

图3 曲线段放样

4. 3. 2开挖沟槽、清除地面、地下障碍物

用挖机沿桩中心线开挖一沟槽，如有障碍物，则必须清理掉障碍物后，用黏土回填到离地面约0. 8m处的地方。

4. 3. 3桩机就位、校正，复核桩机水平和垂直度

施工时确保有足够的平整度和垂直度，由当班班长统一指挥，桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，移动结束后检查定位情况并及时纠正。

每次移机，桩机应平稳、平整，用经纬仪进行观测校正，并与桩机的垂直度仪表显示盘中数据进行校对，使桩机机架的垂直度控制在≥1/400，从而满足成桩的垂直度偏差更小的要求（1/300）提高三轴桩的止水效果，桩机机位与桩位偏差应<20 mm。

严格控制桩机钻杆垂直度，防止成桩时与相邻幅出现“开叉”，通过机身悬吊铅垂、两台经纬仪组合校正及桩机自身仪表盘显示确保垂直度。

施工前在钻杆上划出深度的标尺线，用来控制施工桩长，以便严格控制下钻、提升的速度和深度。

4.3.4搅拌水泥浆液、开启空压机、送浆至桩机钻头

水泥浆采用BZ - 20环保型水泥自动搅拌注浆站搅拌，并通过空压机加压，将拌制好的水泥浆通过水泥管输送至钻杆头部。

严格控制自动拌浆系统的各项参数，包括水泥浆配合比、气压和浆压等，各项参数输入控制系统后不得随意更改。

水泥浆液的水灰比、水泥掺入量不小于设计要求，水泥土搅拌桩施工时不得冲水下沉。水泥浆配好后，停滞时问不得超过2h。

4.3.5钻头喷浆、气并切割土体下沉至设计桩底标高

根据设计要求深度，钻机在钻进全过程中，保持螺旋杆匀速转动，匀速下沉，通过控制下沉的速度均匀一致，使水泥土搅拌桩在初凝前达到允分搅拌，水泥浆液与土能允分拌合。

按照施工工艺及设计要求，钻杆在下沉时均需注入水泥浆液，三轴搅拌桩按照试桩确定的参数。施工过程中必须均匀、连续的注入拌制好的水泥浆液。

下沉速度应与注浆泵的泵量相适应，控制下沉喷浆量所占总水泥用量的比例，下沉速度還应考虑地质情况进行调整。

预搅下沉过程中应严格控制切削速度，一般≤0.5m/min，喷浆提升时可在确保水泥掺量的前提下适当加快速度。

严格控制下沉速度，若出现注浆阻塞或断浆现象，应及时停泵，排除故障后，再采取有效的措施进行复喷浆，严防断桩、空桩。

4.3.6钻头喷浆、气并提升至设计桩底标高

钻头钻进深度到达设计标高后，持续搅拌注浆>30s，按计算要求的速度提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土允分拌合，在搅拌桩桩底部分需重复搅拌注浆后提升，直到提升至离地面50cm处或设计标高后再关闭注浆泵。

钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完，搅拌桩施工结束。

提升速度应与注浆泵的泵量相适应，控制提升喷浆量所占总水泥用量的比例。

严格控制提升速度，若出现注浆阻塞或断浆现象，应及时停泵，排除故障后，再采取有效的措施进行复喷浆，严防断桩、空桩。

4. 3. 7施工结束、转下一组桩施工

施工完一根桩，根据跳打式施工的方法，将钻机移至下一根桩桩位，进行下一根桩施工。若长时问停止施工，应对压浆管道及设备进行清洗。

水泥浆注入搅拌孔内，将有一部分水泥土被置换出沟槽内，采用挖机将沟槽内的水泥土清理出沟槽，保持沟槽沿边的整洁，确保三轴搅拌桩的硬化成型及下道工序的施工，被清理出的水泥土集中堆放，随日后基坑开挖一起运出场地或分期分批外运出场。

施工过程中由专人负责记录，记录要求详细、真实、准确。施工必须连续性，不在下钻、提升中途进行换岗接班。交接班时，建立交接班记录制度。

施工时避免出现冷缝，如确实需要中断施工，冷缝处需叠合一幅，并保证有效搭接。超深三轴搅拌桩为双排错位布置，施工过程中的施工缝采用“Z”字形连接（见图4）。

图4 超深三轴搅拌桩施工缝搭接

4. 4实施情况对比

通过优化施工顺序、施工参数及改进设备配置的方法，超深三轴搅拌桩施工速度及质量得到大大的提升，主要比较如下。

1）原设定参数水泥掺量：基坑开挖面以下20 %、开挖面以上至地面10%。下沉速度：0. 5～1.0m/min；提升速度：1.0～2.0m/min；注浆压力：0. 8～1.0MPa；钻头配置：螺旋钻；动力头：180kW。实施结果如表2所示。表2 原参数实施结果

2）调整参数水泥掺量：基坑开挖面以下30% ，开挖面以上至地面10%；下沉速度：在钻进40 m后< 0.5m/min；提升速度：1.0～2. 0m/min；注浆压力：1.0～2.0MPa；钻头配置：锥型镶齿螺旋钻头；动力头：220kW。实施结果如表3所示。

结 语

本施工方法适用于所有软土地区地下深坑止水帷幕的施工，特别适用于遇到地下土体粉砂层且不易钻进的不利地质条件的工程。要求桩体的垂直度达到1 /300，为保证垂直度达到设计要求，并能顺利钻透⑨2层粉土夹粉砂层，故采取以下措施。

1）设备采用JB180步履式桩机，可利用桩机自身设备进行垂直度的控制，具体调整步骤如下：①场地平整硬化完毕后（约100 m厚素混凝土），铺上钢板（钢板厚度25 mm，宽2m，长6m），以防止桩机随地面沉降影响机身倾斜；②根据计算机显示屏用桩机平台后面左右两侧斜撑油缸调整桩架的垂直度，将桩机垂直度调整到1/400之内。

2）为了保证能穿透粉土夹粉砂层必须配置220kW以上的动力头。

3）遇到硬质砂土层的地质不能使用螺旋钻头要采用锥型镶齿螺旋钻头。

4）經桩机自身调平以后，必要时利用全站仪在垂直的两个方向上对桩架垂直度进行复核。方法：以机身平台为基点，沿桩架一边垂直向上，观测垂直度，随钻杆的深入，实时观测，严格把误差控制在范围内，以确保钻杆垂直向下。

参考文献：

[1]马天是.国产深层三轴搅拌桩机在软土基础处理中的应用[J].内蒙古科技与经济，2003 （6）.

[2] 李小菊.水泥搅拌土植入工形桩围护墙在粉砂上层基坑中的 应用[D].杭州：浙江人学，2011.