五轴水泥土搅拌桩的特点及其监理控制要点

周维建（苏州工业园区智宏工程管理咨询有限公司， 江苏 苏州 215101）

1 五轴水泥土搅拌桩的特点

现场实践对比分析表明，五轴水泥土搅拌桩（以下简称“五轴桩”）相对于三轴水泥土搅拌桩（以下简称“三轴桩”），在施工工艺、工效、材料使用、抗渗止水效果、电机功率、配套等方面具有以下特点。

（1）施工工艺流程相同。五轴桩在施工工艺流程上与三轴桩相同，具体如下：场地平整→测量放线→开沟槽、清理障碍→桩机就位、复测→启动钻机、喷气送浆（水泥浆提前拌制并送至存浆桶）→下钻喷浆搅拌（正转下钻喷浆 70% 至设计桩底标高）→在设计桩底标高 0.5 m～1.0 m区间内进行复搅→上提喷浆搅拌（反转上提喷浆 30% 至设计桩顶标高）→一幅桩结束，桩机移位→施工下一桩。

（2）时间相同，工效提高 1 倍。五轴桩与三轴桩施工的下钻及上提喷浆的速率相同，也就是说，施打一幅桩所花费的时间相同，但成桩的长度是三轴桩的 1 倍。以 850型搅拌桩为例，三轴桩一幅桩长为 1.2 m，而五轴桩一幅桩长为 2.4 m，成桩的长度是三轴桩的 1 倍，足见在打桩时间相同的情况下，五轴桩的打桩效率提高了一倍。换句话说，在总工程量相同的情况下，五轴桩的工期缩短了一半。由此可见，五轴桩施工不仅大大提高了施工效率，而且直接节省了人员、机械设备、材料等资源的投入；不仅降低了施工成本，而且保证了工程进度。

（3）速率相同，水泥节省近半。以江苏省苏州市某科技城 C 地块项目为例，原设计图纸为三轴搅拌桩止水帷幕，考虑到现场实际情况和施工进度要求，经各方商讨决定，施工方案由三轴桩施工改为五轴桩施工，在相应的正转下钻喷浆速率（0.5 m/min～1.0 m/min）、反转上提喷浆速率（1 m/min～2 m/min）和水灰比（1.2～1.5）等数据不变的情况下，水泥用量可由原设计的 20% 掺量调整为 13% 的掺量。以桩长为 12.5 m 的 850 型搅拌桩为例，分别计算两种施工方案的水泥用量。原设计三轴桩的水泥用量＝桩长×20%×截面系数×土的密实度×幅数＝12.5×20%×1.495×1.8×2＝13.455 t，改为五轴桩的水泥用量＝桩长×13%×截面系数×土的密实度＝12.5×13%×2.4224×1.8＝7.086 t。由此可见，在同等距离、速率、水灰比的条件下，因水泥掺用量的减少而能节省6.369 t 水泥，几乎节省了一半。

（4）更有效地降低了冷缝的出现概率。五轴桩与三轴桩一样，都是跳槽复搅式施工，常见的为“套接一孔法”连接施工，即后施工的搅拌桩与先施工的搅拌桩有一孔重复搅拌搭接的施工方式。搅拌桩施工应有连续性，避免出现 24 h 的施工冷缝，若因特殊原因而造成施工冷缝，则按设计要求和施工方案进行冷缝补强处理。如上所述，五轴桩施打一幅桩要比三轴桩长 1 倍，使得套接连接点整体减少一半，有效地降低了冷缝的出现概率，充分保证了基坑围护的成桩质量，从而减少了漏水现象，增强了基坑围护止水的能力。

（5）设备用电功率大。以 850 型搅拌桩为例，三轴桩有 2 个动力头，功率一般为 180 kW （90 kW×2），改成五轴桩后，有 3 个动力头，功率一般为 330 kW（110 kW×3），空压机也由原来的 75 kW 变为 110 kW。此外，五轴桩后台其他设备用电加起来远远超出原计划三轴的用电量。这就需要提前考虑配电箱（配电房）所承载的最大功率及电缆线的截面必须满足五轴桩的施工用电需要。为此，监理必须通过理论计算和现场验证，确认供电设施满足五轴桩施工要求后方可允许施工，以免造成不必要的损失。

（6）对后台配套设备的要求高。由于五轴桩对后台设备拌浆能力的要求高于三轴桩，需要提前考虑拌浆桶、水泥罐的选择应当满足五轴桩输浆量的需求，通过验算选择合适的配套设备。

（7）水泥需用量大。在同等时间的条件下，1 台五轴桩要比 1 台三轴桩的水泥需用量大得多。根据设计和规范要求，若停工间歇时间超过 24 h，应进行冷缝处理，因而要避免因水泥断供而造成现场停工。这就需要现场材料员提前与水泥厂家协商，确定好水泥进场的时间；提前考虑运输距离、线路堵车等路况事宜。

（8）管线协调作业需求高。五轴桩共有 5 根钻杆，其中 2 根钻杆（2 号钻杆和 4 号钻杆）与 1 台空压机连接喷气，3 根钻杆（1 号钻杆、3 号钻杆和 5 号钻杆）分别与 3 台输浆泵连接喷浆，比三轴桩多 1 路输浆管和 1 路供气管。施工前需要按照 3 台输浆泵和 2 路供气管线布置设备，应提前对由浆液制备机和浆液输送管等组成的供浆系统进行调试，试运转正常后方可进行五轴桩施工。施工时，需要兼顾和协调各管路的施工作业。

2 五轴水泥土搅拌桩的监理控制重点

2.1 事前控制

（1）对进场的材料和设备进行验收检查，经验收合格后方可同意进场；对需要复试的材料，主要是水泥（散装水泥 500 t 一批次），进行见证取样送检，经复试合格后方可同意使用。

（2）对进场拟使用的机械设备进行验收检查，核查质保资料是否齐全，是否满足施工要求，待第三方检测合格后方可同意使用；要求施工前做好对拟用设备的检修和保养工作，不要等到施工期间发生故障后再去维修，以免停工间歇时间超过 24 h 和进行冷缝处理，从而影响施工进度和项目的总体计划。

（3）对桩位放线进行复核，做到班组有自检、项目有复检、监理有复核，以确保桩位无误。

（4）要求提前做好后勤保障工作，备好发电机、水泵等设备；做好对五轴桩（尤其是五轴桩后台）施工人员的施工技术交底工作；施工前应按照 3 台输浆泵、2 路供气管线确定施工参数，提前考虑兼顾各管路、管线的协调施工作业。

2.2 事中控制

（1）严控水泥用量。按设计和规范要求控制后台水泥与水的配合比及搅拌时间。如上所述，以桩长为 12.5 m的 850 型搅拌桩为例，计算水泥用量为 7.086 t。按水灰比 1.5、水 900 kg、水泥 600 kg 计算后台拌浆筒一次拌浆量，得出一幅长 12.5 m 的五轴桩需要拌制喷浆 12 次，监理旁站时应核查每幅桩的水泥用量是否与需要拌制喷浆的次数相对应。以当日施打的桩数计算当天水泥的总用量，核查与进场散装水泥收料单上的数据是否对应，同时推算出下一批水泥的进场时间。

（2）严控喷浆速率。按设计要求，现场输浆泵的送浆量应与下钻喷浆速率（0.5 m/min～1 m/min）、上提喷浆速率（1 m/min～2 m/min）相匹配；匀速施打以保证搅拌桩中的水泥掺量，并且在设计桩底标高 0.5 m～1 m 区间内进行复搅。若后台在搅拌输送浆体时发生异常情况，应及时通知五轴桩施工人员暂停施打。对于因故搁置超过 2 h 以上的拌制水泥浆液,应作废浆处理。在恢复喷浆前，应将五轴搅拌机头提升或下钻 0.5 m 后再进行喷浆搅拌施工。

（3）严控水灰比。按照设计要求，水灰比为1.2～1.5，现场施工按 1.5 的水灰比换算成水泥浆比重为1.37。监理应要求施工单位严格按照设计和规范要求控制水灰比，旁站时每个台班都要检查水泥浆比重。

（4）严控成桩质量。核查桩长的控制情况（允许偏差为 50 mm），计算每幅桩长，提前在五轴机钻杆上喷上红漆作为标记，若参照线与红漆重合，则到达桩底标高。提前核查施工记录单，及时复核桩位（允许偏差为 50 mm），尤其是不同桩长交接的部位，避免施打错误。核查桩机垂直度的控制情况（允许偏差为 1/200），五轴机身上自带吊锤，再加 2 台经纬仪观测桩机立柱，实行双重控制，以确保施打成型质量。核查应按设计和规范要求进行套打，重点关注转角和不同桩长等部位。施工过程应尽量减少冷缝，当出现冷缝时，应按设计要求和施工方案进行处理；若遇有地下障碍物难以继续施工，应及时下挖，排除障碍物，换填好土并压实后方可继续施工。

（5）做好安全文明施工。要求施工单位落实措施，控制好扬尘污染，现场按要求设置充装散装水泥的过水沉淀装置，并做好防护工作，如用草皮覆盖、定期清理沉淀池等。要求在五轴桩的施工范围内拉设警戒线，在钻杆前部设置防护设施，以减小泥浆的污染范围；同时做好废泥浆处理，不得让其随意流淌。加强临时用电控制，现场配电箱及其他供电设备不得置于水中或者泥浆中；施工所用电缆线接头要牢固且要绝缘，必须设有漏电保护开关；施工中，设专人负责监护电缆，若遇停电，应将各控制器旋转归零位，并切断电源。

2.3 事后控制

要求施工单位落实成品保护、养护工作，五轴桩养护期不得少于 28 d。可采用钻芯取样，检测五轴桩无侧限抗压强度，钻孔取芯完成后的空隙应及时进行注浆填充处理。五轴桩无侧限抗压强度在标准值＞0.8 MPa 时方可开挖基坑施工，在未达到规定强度前，不得在桩顶堆载大方量的土，不得允许挖土机、推土机等大型机械设备在其上面行驶，以防造成断桩等质量问题。

土方开挖期间，应安排专人指挥，现场尽量避免碰撞五轴桩的围护结构，严禁损坏止水帷幕。监理人员应每天巡视检查基坑周边的环境变化情况，如地面裂缝，围护结构位移变形等，做好危大工程的巡视检查记录。要求第三方基坑监测单位定期对基坑围护、周边建筑物、管路管线等进行监测，核查每期监测报告，若超出预警，应及时告知建设单位，启动应急预案，采取相应措施进行防护。要求施工单位做好后勤保障工作，安排专人定期抽排基坑内积水（尤其是下雨期间），若发现基坑围护结构有渗水现象，务必要排查原因，解决根本问题，以消除安全隐患。