三轴水泥搅拌桩在建筑基坑支护施工中的应用

吴巍霖

1 工程概况

本工程拟建厂房主体结构为框架结构，地上1～5层，地下2层，基础形式采用钻孔灌注桩；围护结构采用SMW工法加两道钢筋混凝土支撑，另为保护整个基坑在开挖过程中的安全与稳定，在基坑内增加二轴搅拌桩坑内加固、二轴桩压密注浆坑中坑加固、立柱桩等。

本工程±0.00相对于绝对标高＋5.2m，现场自然地坪平均相对标高为-0.20m，整个基坑面积约为8872m2，周长约为417m，基坑开挖深度9.5m，局部落实处开挖深度为11.1m。

根据设计图纸要求，本工程采用Ф850mm的SMW工法加两道钢筋混凝土支撑的围护结构形式，SMW工法即三轴水泥土搅拌桩内插H型钢，水泥土搅拌桩采用Ф850@600套接一孔施工，搭接形式为全断面套打。型钢的规格为700×300×13×24，水泥等级为P.O42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比1.5～2.0，水泥掺量为20%，暗浜区水泥掺量加高至25%。

2 施工部署

2.1 施工流程说明

本基坑围护工程施工由现场条件进行确定，但每阶段施工工期要求较高，而场地相对较小，现场机械设备又众多，因此施工用电的配备及合理的施工流程是确保本工程施工工期的关键。

考虑三轴桩必要的养护期，本基坑围护工程施工首先进行坑外三轴搅拌桩施工，在施工坑外三轴搅拌桩的同时，准备2台钻孔桩机施工立柱桩，如具备施工条件，即进行坑内加固桩施工，最后施工坑中坑二轴桩和压密注浆。

钻孔灌注桩、三轴搅拌桩、深层搅拌桩施工必须进行合理分区，各种桩机分区错开施工；灌注桩在施工时必须保证相邻桩施工必须大于4D或时间间隔超过36h；同时各施工区域应保留足够的安全施工距离。

2.2 机械设备

2.2.1 机械设备选择

本工程钻孔灌注桩拟选用GPS-10型工程钻机，成孔采用正循环泥浆护壁回转钻进成孔，这根据类似工程施工经验可确保本工程设计技术要求和施工规程要求。施工实践证明，采用这种设备及工法，不仅成孔质量好，而且工效高。

第一次清孔，根据以往经验，在终孔（达到孔底标高）后，将钻头提起，在距孔底0.3～0.5m空钻扫孔，并开泵使泥浆循环达到设计及规范要求，二次清孔用208导管正循环换浆至满足设计及规范要求。

深层搅拌桩拟选用SJB-2型深层搅拌桩机，采用二喷三搅的工艺。三轴搅拌桩拟选用ZKD85-3型桩机，在钻进工程中注入水泥浆，并将多余的泥土置换出来，施工中对周边的影响较小。

2.2.2 施工设备配备

据本工程的施工内容、工程量、临时用电用水情况和施工进度计划的要求，我公司拟投入2台GPS-10型工程钻机进行钻孔灌注桩的施工，投入2台深层搅拌桩机进行围护搅拌桩及坑内搅拌桩加固，投入2台三轴搅拌桩桩架、2台1.2m3单斗挖掘机、2台履带吊进行三轴搅拌桩施工，以确保在规定的工期内施工完基坑围护工程施工。

3 三轴搅拌桩施工技术方案

3.1 施工参数及技术要求

采用SMW工法Φ850mm三轴搅拌动力装置，配备上海工程机械厂ZKD85－3履带式桩机2台，实行一次钻搅达到设计深度，沿基坑围护中心线制作单排水泥土连续墙。

SMW工法搅拌桩桩体的水泥掺量为20%，暗浜区域水泥掺量增加至25%，水灰比根据设计要求控制在1.5～1.2，采用套打一孔法施工。土体容重统一取18kN/m3。桩体间搭接长度、单幅中心距、三孔面积、二孔面积：Φ850mm分别为25cm、1200mm、1.495m2、0.9274m2。

水泥采用强度等级为42.5级新鲜普通硅酸盐水泥，水泥土试块28d龄期无侧限抗压强度：qu≥1.0MPa。

H型钢规格：Φ850mm三轴桩插700×300×13×24，型钢单位重量为185kg/m。

3.2 场地回填平整

三轴搅拌机施工前须先平整场地，清除施工区域内的表层硬物，勘查全场的地下障碍物，然后进行清理，素土回填夯实并视现场情况铺设钢板或路基箱，以能行走50t起重机及步履式重型桩架为准。

3.3 测量放线、开挖导沟

依据总包为我们提供的坐标的基准点，按照图纸上边规定的尺寸位置，对施工现场布置一些具有围护结构的轴线，然后让监理进行审核，可以使用0.6m3的挖机进行沟槽的施工，一般沟槽的深度为800mm，宽度为1000mm。

如果在施工的过程中发现地下有障碍物，我们应该使用挖土机对其进行清理，如果遇上特殊的状况，应该和甲方进行协商，然后才去相应的方案进行清理，清理完以后，应该对产生的空洞进行填埋并且压实，然后再继续沟槽的施工工作，确保SWM工法能够顺利实施。

3.4 定位、钻孔和移机

我们在施工过程中应该对沟槽的两侧进行铺设导向定位型钢（详见图1），并且按照施工图纸的设计要求对导向定位型钢进行加工，制作出钻孔和插H型钢位置记号，施工人员应该按照制定的位置移动钻机桩进行施工，并且还要保证钻孔的轴心不能发生偏移，同时钻孔的深度还要达到图纸的设计要求，施工中应该充分利用桩架与钻杆错位的工作原理，对钻管进行标记，确保钻孔的深度。

图 1

机械设备沿着基坑的围护轴线进行移动，利用施工示意图进行钻探，这两种方法都是非常可靠的。挤压式（见图2）适合在18m深度环境中进行施工，这种方式的特点是施工速度相对比较快。

图2 单侧挤压式连接方式图

跳槽式（图3）使用钻探环境大于18m的环境中，这种方式能够有效地避免桩架侧向力发生偏移（详见图2、图3）。水泥土搅拌桩是作为基坑内外隔水围墙进行的，在施工的过程中应该避免施工冷缝的出现，如果出现大于24h的冷缝，这就需要使用塔接套钻或者在后排采取一些补桩工艺。

图3 跳槽式双孔全套复搅式连接图

3.5 搅拌注浆

依据图纸设计的钻孔深度，钻机在工作过程中应该维持螺杆匀速转动，在上升和下钻过程中都应该保持匀速，与此同时还应该依据上升和下钻速度的差异，注入的水泥浆液的量也应该不同，并且还要在桩底不停的对注浆进行搅拌，确保水泥泥浆搅拌均匀，进而保证搅拌桩的质量。

3.6 H型钢的插放以及固定

当孔内的水泥土被搅拌均匀后，在初硬化之前，应该使用大型的调装机将H型钢进行吊装，插入到规定的方位，由于重力的原因H钢会自动下插到图纸设计规定的深度，然后使用换钓的方法，让吊钩与H型钢分离，然后就等待水泥土的凝固。如图4所示。施工过程中当将对圈梁上的钢筋进行绑扎后，然后再对圈梁部位的H型钢采取隔离包扎的方法，使用泡沫或所料片对H型钢进行包扎。这样做的主要目的是方便H型钢的拔除。H型钢拔除方案按实际情况另行编制。

图 4

3.7 清理沟槽内泥浆

由于水泥浆液的定量注入搅拌内和H型钢的插入，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，确保桩体的硬化成型和下道工序的继续，被清理的水泥土将在24h之后开始硬化，随日后基坑开挖一起运出场地。

4 三轴搅拌桩质量保证措施

孔位放样误差应小于2cm，钻孔中心偏位误差应小于2cm，深度误差在-0~+10cm。桩身垂直度偏差：地下连续墙两侧槽壁加固时控制在1/300，施工过程中应常用经纬仪复核，三轴水泥搅拌桩桩位定位后再进行定位复核。施工前严格按设计提出的地下连续墙边线外放100mm要求进行定位放样。

严格控制浆液配合比，做到挂牌施工，配专人管理浆液配置。严格控制钻进、提升及下沉速度。

施工前对搅拌桩机进行维护保养，以免发生因设备故障而造成的质量问题。设备由专人操作，上岗前须检查设备性能，确保运转正常。

场地布置时应综合考虑各方面因素，避免设备多次搬迁移位，减少搅拌和型钢插入的间隔时间，尽量保证连续施工。

5 结语

通过本工程三轴搅拌桩的施工过程可知，三轴搅拌桩的施工工艺可操作性强，质量控制减便、可行。经开挖检验，在桩身质量及止水等方面均达到了预期的效果。通过对坑外土体位移、水位观测、沉降观测等成果来看，也达到了理想的效果，具有较高的推广价值。

[1] 上海市勘察设计行业协会，等.DG/TJ08-61-2010 上海市标准基坑工程技术规范[S].上海市城乡建设和交通委员会，2010.

[2]上海市建工（集团）总公司，上海现代建筑设计（集团）有限公司.DG/TJ08-202-2007 钻孔灌注桩施工规程[S].

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T199-2010 型钢水泥土搅拌墙技术规程[S].中国建筑工业出版社，2010.