浅谈三轴水泥搅拌桩在止水帷幕施工的应用与质量控制

王志程

[摘 要] 三轴水泥搅拌桩施工是利用水泥作为加固剂，使用特制的深层搅拌机械，在地基深部将软土、水和水泥进行强制搅拌，使软土硬结形成桩体，并通过三排桩依次施工，使得桩与桩之间连成整体，从而起到提高地基的承载能力形成止水帷幕，阻挡基坑周边的水进入基坑的作用的一种施工方法。中国论文网

[关键词]三轴深层搅拌桩；施工工艺；质量控制

三轴深层搅拌施工是采用三轴型钻掘搅拌机在现场向设计深度进行旋转掘进，同时在灰浆系统及高压风系统的配合作用下，在钻头处喷射出水泥浆液，钻头及螺旋钻杆将水泥浆与原位土体反复混合搅拌，在各桩单元之间采取重叠搭接咬合方式施工，使土体的均匀性、自立性、密实度、抗压强度等性能参数指标提高，从而满足设计需求的一种施工工艺。其土体改良的机理是：用水泥作为固化剂加固软土时，水泥和软土将产生一系列物理和化学反应，从而增加了颗粒之间的粘结力，增加了土体的强度和密实度，形成具有一定强度和稳定性的水泥加固土。改良后的土体在抗压强度指标上远远高于原天然软土强度，压缩性及渗水性比天然软土也大大降低。在加固软土时，由於水泥的掺量较小，一般仅占被加固土重的5～18%，水泥的水化反应完全是在具有一定活性的土体颗粒的围绕下进行，所以硬化速度较为缓慢。

一、三轴深层搅拌施工适用范围

三轴深层搅拌法通用于粘性土、粉土、砂土、砂砾土、粉砂等地层加固，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。

二、三轴深层搅拌的主要优点

1、加固效果好，加固方式灵活，适用面广，三轴深层搅拌法可采用不同的加固型式、不同的桩长和水泥掺入量以满足不同土质条件和不同荷载要求的加固目的。

2、施工速度快，且造价相对较低。

3、可充分利用原软土，采用原位土体加固技术，废土外运量少。

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。

6、可成墙厚度550～1300mm，成墙最大深度目前为30m，根据地质条件还可施工更深。

三、 三轴深层搅拌的施工工艺及质量控制

1、 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。

2 、施工工艺流程

桩位放样→开挖导沟→置放导轨→钻机就位→检验调整钻机→打开高压注浆泵→正循环钻进至设计深度→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

3、 施工质量控制措施

深层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%，施工中如发现偏差过大，应及时调整。

（3）严格控制水灰比，严格按照设计的水灰比配制浆液，制备好的水泥浆不能有离析现象，停置时间不得超过2个小时，若停置时间过长，不得使用。浆液倒入集料时应加过滤筛，以免浆内结块，损坏泵体。

（4）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。

（5）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。

（6）泵送必须连续，拌制浆液的罐数、固化剂和外加剂的用量以及泵送浆液时间、压力等应有专人记录。水泥浆拌制数量，应满足单桩总量拌制，一次用完，均匀喷浆。

（7）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，当遇到硬土层搅拌下沉太慢时，可适量加水，但冲水对桩身强度有较大影响，需加大喷浆量，增加复搅遍数。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。

（8）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。

（9）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。

（10）施工前确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间。施工时用流量泵控制输浆速度，严格控制搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围内每一深度得以充分搅拌，确保桩身强度和均匀性，使注浆泵出口压力保持在0.4-0.6MPa，并使搅拌提升速度与输浆速度同步进行。

四、结语

工程实践证明，采用三轴水泥搅拌桩后，套打固化，止水效果良好，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。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，以取得较好的社会经济效益。