止水帷幕三轴搅拌桩遇铁板砂层施工工艺改进

甄孟芹

（中铁十八局集团第一工程有限公司,河北 涿州 072750）

三轴搅拌桩广泛运用于基坑支护和地基加固领域，具有施工效率高、适用土层范围广、桩身均匀性好、桩体强度高等优点。其原理采用三轴搅拌桩机械在土层深部就地将水泥和土强制搅拌（两轴同向旋转喷浆与土拌合，中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌合），利用土和水泥水化物间的物理化学作用，形成有一定强度的水泥土固结体，从而改善土的强度、透水性、承载力等特性。地铁车站施工属于深基坑作业，双层车站广泛使用三轴止水帷幕加混凝土灌注桩作为基坑围护结构。

一、工程概况分析

（一）工程实际情况

郑州市处于黄河冲击平原的区域，地下含有砂层，郑州地铁5号线05标心怡路站设置在盛和街与陈庄街交叉口处，为地下双层岛式车站，基坑深度约16.69m（中心里程处）。围护结构由钻孔灌注桩加三轴搅拌桩止水帷幕组成，加固采用三轴搅拌桩。心怡路站三轴搅拌桩桩径为Φ850，桩中心间距600mm，三轴搅拌桩止水帷幕孔深约34m，桩底标高53.01m，心怡路站共计873根。设计勘探图纸显示埋深约8-25米为铁板砂层，施工过程中可在水泥浆中加入5%膨胀土，以增加护壁效果，保证三轴钻进。

（二）工程施工工艺流程

在进行测量放样、开挖沟槽等准备工作之后，施工需根据设计要求，将配合比设计为水泥采用标号32.5级复合硅酸盐水泥，水泥掺入比为18%～20%。而Φ850三轴水泥搅拌桩下沉和提升速度，钻进搅拌速度一般在1m／min，提升搅拌速度一般在2.0m／min。具体的施工工艺流程图如图1。

二、止水帷幕三轴搅拌桩遇铁板砂层施工工艺问题分析

开钻后，钻进正常，平均每1-2min钻进1m（地处回迁区，地表4m左右有回填建筑垃圾），钻进至9m左右时，钻进遇铁板砂层后受阻，几乎停滞钻进，根据现场统计数据显示，钻进受阻后第一个钻进1m为2小时，其后的钻进直至25m左右铁板砂层结束，仅仅15m的深度持续钻进近30小时，钻进速度严重不符合常规速度及设计要求。

钻进过程中首先为防止砂层抱死钻头，使钻机一直处于搅拌、钻进的状态，接着根据图纸设计要求，在水泥浆里添加2%-5%膨胀土（依次实验掺入量的效果），经实验几乎没有任何效果，钻进速度没有提升。待到钻进至设计标高体钻后观察其合金钻头严重磨损，无法正常使用。

图1 施工工艺流程图

三、止水帷幕三轴搅拌桩遇铁板砂层施工工艺的改进措施

钻进期间，咨询设计单位与公司技术专家针对当前出现的相关施工状况进行探讨与研究，寻找改进钻进方案及工艺。第一，设计方提出加强钻进过程中水泥浆护壁作用，使得砂层在被钻头翻动翻起后不能立即下沉包裹钻头；第二，三轴操作班组提出，既然钻头磨损严重，说明钻头在钻进过程中受力很大，可以尝试稍微改变钻头角度或在钻头上加绑钢筋等方式，以加大钻头强度及抗磨损度。对于其二建议，公司专家给予肯定，同时建议寻找替代钢筋物品。针对这两种建议，对钻头进行稍微改装，即加绑Φ28螺纹钢筋，及在水泥浆内改加2% -5%的膨润土。准备完成后，进行第二组桩位钻进（为实验钻进），钻进至铁板砂层后，再进行现场实时数据监测，钻进速度可以达到每1-1.5小时1m，比未改进前有明显改变，说明改进的工艺方案有效果。

改进工艺得到认证的同时，立即咨询相关搅拌机生产厂家，希望购得强度更高、效果更好的钻头，厂家答复出厂全部为合金钻头，并没有所谓的复合镶齿型钻头。得到答复后派专人进行市场走访调查，购得相应可辅助钻进的材料替代螺纹钢筋进行实验，如图示2：

图2 斗齿（小型挖机斗齿）和加装斗齿后的镶齿型钻头

图示为钢斗齿，常用于挖掘机、装载机斗齿。加焊斗齿后，同时配膨润土在水泥浆内，钻进速度明显提升。在多次实验膨润土掺入量及斗齿焊接角度后，根据现场数据监测采集，三轴搅拌桩在铁板砂层的钻进速度最终稳定在每15-20min钻进1m。同时，镶齿的磨损度也很高：根据现场采集监测数据显示，平均在完成4-5幅桩钻进时，因与砂层的过度摩擦，三轴搅拌机钻头上的镶齿被磨损掉近1/4的长度，进而影响三轴搅拌机钻头上镶齿的功效，继续使用会导致钻进速度也严重下降。在实际施工过程中，按4-5幅三轴搅拌桩完成后进行钻头镶齿更换，最后保证施工的进度和经济性。

因钻进速度和提钻速度都异于三轴搅拌机的正常数据，同时属于隐蔽工程，施工中对按改进工艺施工的三轴搅拌桩止水帷幕进行钻芯取样，目测芯体整体完整性较好，铁板砂层处芯体完整性在80%左右，满足止水帷幕技术要求。

四、施工工艺的改进建议分析及实际效果

（一）在水泥浆内加3%-4%的膨润土，利用膨润土优良的分散性和膨胀性，高造浆率、低失水量及胶体性能和剪切稀释能力，更有效地增加水泥浆护壁作用，加强水泥浆浮力，减少砂层快速下沉对钻头的包裹。

（二）加焊钻头时需稍微改变其角度，并不与原件合金钻头平行，合金钻头与地面角度约为45度，刚斗齿调整为约50度，加强斗齿翻动力，翻动砂层后同时利用水泥浆的浮力减少砂层下沉，达到快速钻进的效果。

五、施工工艺完善措施

（一）对施工工艺进行完善

在对施工工艺进行完善的过程中，应明确具体的工作内容与注意事项，并根据当前的实际发展需求，创新工作形式，保证各方面技术的应用效果。

1.对场地进行平整

在开展搅拌桩施工工作之前，需要对场地进行平整，清洁施工区域，保证表面不会出现尘土与杂草。在清理相关物体之后，要利用碎石开展回填工作，对其进行夯实，然后使用桩机车辆对其进行处理，铺设钢板材料与路基箱材料，确保桩机车辆运行的安全性与可靠性。

2.开展测量放样工作

在对工程坐标基点进行分析的过程中，可以根据施工设计图纸的要求开展测量放样工作，在图纸分析与协调的过程中，获取良好的测量成果，提升定位工作准确性。同时，还要做好相关标志的处理工作，使用挖掘机对其进行开挖处理。

3.对探槽与沟槽进行开挖处理

在开挖探槽期间，需在施工之前，对围护结构进行分析与处理，然后根据桩位的实际放样要求等，完成开挖探槽等工作，明确管线的具体摆放位置。在开挖沟槽的过程中，需要在明确管线位置之后，在没有管线的区域使用挖掘机对其进行开挖处理，以便于清除地下区域存在的障碍物。在施工期间，应将中心线作为主要的内容，明确三轴搅拌水泥土墙的中心轴线，将沟槽的宽度控制在1米左右。

4.对搅拌桩机进行拼装处理

相关部门可以根据工程建设施工要求，合理选择机械设备的型号，根据桩基深度与尺寸等对其进行处理。一般情况下，在选择桩机设备型号的过程中，需明确其高度与组合特点，根据实际要求对其进行处理，保证桩机的型号与质量符合规定。

5.桩机到位管理

工长要对桩机到位管理工作进行统一指挥，在机械设备移动的过程中能够保证其稳定性与准确性，使用自带仪表进行检测，及时发现经纬度或是垂直度方面存在的问题，采取有效措施解决问题，发挥检测工作的积极作用。

6.三轴搅拌桩孔的定位处理措施

在定位期间，可以在搅拌机上面设置两个线锤，然后利用垂线对其进行处理，将钻杆与垂线的距离控制在100cm左右，在对导沟进行开挖之后，就要利用标记的方式对其进行处理，保证中心线的处理效果。

7.搅拌下沉处理措施

在搅拌下沉工作中，可以先对电动机进行启动，然后对卷扬机进行放松处理，使得搅拌头能够从上到下对土进行切除与搅拌，使钻头保持稳定。

（二）对三轴搅拌桩的浆液进行全面配比

为了保证搅拌浆液的强度与使用价值，在实际配比的过程中，应根据工程的建设要求等，创新管理形式，保证各方面工作效果。

1.调整浆液

在对浆液进行调整的过程中，应明确水泥浆的水灰比，保证其强度符合相关规定。在了解工程特点之后，总结相关施工经验，将水灰比控制在一定范围内，保证可以满足实际发展方面的需求。在对相关水泥土进行设计的过程中，需对其强度进行严格的管理与控制。

2.对施工参数进行调整

在调整施工参数的过程中，需根据三轴搅拌桩机的实际情况开展施工工作，保证水泥的参合量在21%左右，桩身的垂直度在0.5%以下。同时，在对其配合比进行管理与控制的过程中，需要对水泥材料进行合理的选择，可以使用标号42.5的硅酸盐水泥材料对其进行处理，保证可以满足施工质量的要求。

在我国实际发展的过程中，三轴搅拌桩遇板砂层施工工艺的改进较为成功，已经通过多次实验，得到不同的配比结论与工艺技术。通过本次实验，加快了三轴搅拌桩遇板砂层钻进速度，以便于在后续施工期间，根据实验数据及总结的相关工作经验，提升施工工作可靠性与有效性，满足实际施工进度的需求，达到预期的施工目的。对比实验前后施工成本费用消耗，改进后的施工工艺在人工、机械、材料及施工用电等方面都很大程度地节约施工成本，为项目整体增值。

[1]黄萍.三轴深层搅拌桩在深基坑止水帷幕中的应用[J].山西建筑,2015(12):62-63.

[2]刘长威.浅析三轴搅拌桩作为基坑止水帷幕的应用[J].江西建材,2016（9）:62.

[3]边文超.地铁工程三轴搅拌桩止水帷幕施工质量控制[J].山西建筑,2014(22):60-61.

[4]雷立.超长三轴搅拌桩止水帷幕施工技术[J].天津建设科技,2015,25（5）:40-42.