三轴水泥土搅拌桩加固地基质量控制注浆参数分析

谢胤涛

上海上勤建设发展有限公司 上海 200000

在某工地基坑开挖时发现，基坑内土质含水量较大，基坑围护结构采用三轴搅拌桩作为止水帷幕，进行检查资料时发现施工记录反应出三轴搅拌桩存在下沉提升速度过快，再进行更近一步的研究时发现水泥用量与喷浆时间存在不匹配的情况，为了在后续施工过程中，为施工过程中质量控制及事故发生后复查施工记录时定量分析的提供一定依据，需要对三轴搅拌桩加固地基质量控制参数进行分析。

1 单桩三轴水泥土搅拌桩水泥用量计算

三轴水泥土搅拌桩单幅桩由3个圆形截面搭接组织成，对于首开幅，单幅桩的被搅拌土体体积应为3个圆形截面面积与深度的乘积；采用套接一孔法连续施工时，后续单幅桩的被搅拌土体体积应为2个圆形截面面积与深度的乘积，圆形相互搭接的部分需重复计算[1]。

三轴水泥土搅拌桩直径根据设备选型，宜为650毫米、850毫米、1000毫米，现场过程根据设计要求，桩型选择不同，截面积各不相同，下表为常用三轴水泥土搅拌桩截面计算列表。

表1 常用三轴水泥土搅拌桩截面积计算列表

三轴水泥土搅拌桩水泥用量=桩截面深度*桩的深度*土密度*设计水泥参量

根据公式能够快速的计算每根水泥搅拌桩的水泥用量，方便现场水泥用量下料及控制。

根据公式计算，例1 计算上海地区1 根1 8 米长φ850@600、套打一孔，设计水泥参量20%的三轴搅拌桩水泥需要水泥量。

被搅拌土体的质量根据JGJ199-2010型钢水泥土搅拌墙技术规程中黏性土为主的地区按照1800公斤/立方米计算。

水泥用量约为=桩截面深度*桩的深度*土密度*设计水泥参量=1.031平方米*18米*1.8吨/立方米*20%=6.68088吨。

2 单桩三轴水泥土搅拌桩水泥浆液制备量计算

根据上海市基坑工程技术标准DG/tJ08-61-2018 9.4.3 ，三轴水泥土搅拌桩在黏性土中的的水灰比宜取值1.5～2.0。

普通硅酸盐水泥的表观密度为：3.1吨/立方米，矿渣硅酸盐水泥的表观密度为3吨/立方米。

水泥浆体积=水泥质量÷水泥表观质量+水质量÷水密度

为方便计算以水泥密度取值3吨/立方米、水灰比1.5作为三轴水泥土搅拌桩水泥浆液制备量的依据。

还是以例1举例，因水灰比为质量比，水灰比为1.5代入计算式。

则此三轴水泥土搅拌桩水泥浆液体积=水泥质量÷水泥表观密度+水灰比*水泥质量÷水密度=6.68088吨÷3吨/立方米+1.5*6.68088吨÷1吨/立方米=12.24828立方米。

3 三轴水泥土搅拌桩喷浆流量确定。

根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202表4.11.4要求，水泥土搅拌桩质量验收主控项目上，水泥土搅拌桩的水泥用量的检查方法为查看流量表，《上海市基坑工程技术标准》又要求三轴搅拌桩注浆泵应保证其实际流量与搅拌桩的喷浆钻进及下沉或喷浆提升速度相匹配，注浆的工作流量应可以调节，并配置计量装置[2]。配置计量装置的目的是控制总的水泥量用量满足设计要求，在现场资料收集过程中，发现在施工情况中，存在大量三轴搅拌桩基无法提供相关流量计记录。究其原因，流量计为精密装置，在使用过程在容易损坏，施工现场不注意此项仪器的更换。

三轴水泥搅拌桩一般采用2台泥浆泵注浆，泥浆泵类型一般为BW-250，W代表往复式。

在根据梁庆华，往复式泥浆泵出口流量的一种非接触方法一文指出，关于泥浆泵的出口流量的可进行相关计算，主要涉及的参数有泵活塞的截面积，活塞行程长度及泵冲数。泵冲数计量需要加装传感器，而且在实际过程中是容易受到泵的充满度影响，此法的测量计算误差增大[3]。

为了解决此项问题，从施工现场实际出发，共收集上海地区六台流量装置完好的三轴水泥土搅拌桩桩机器共计127张打印流量计记录，搅拌桩施工深度为15-22米。泥浆泵配置均为2台BW-250的泥浆泵。对泥浆泵的每分钟的喷浆量进行统计，统计表如下所示。

图1 泥浆流量

本次收集到三轴水泥土搅拌桩量泥浆泵喷浆量的数据主要集中在250-320升/分钟区间。

4 三轴水泥土搅拌桩喷浆量总时间及搅拌桩施工总时间的确定。

《上海市基坑工程技术标准》中要求，三轴搅拌桩注浆泵应保证其实际流量与搅拌桩的喷浆钻进及下沉或喷浆提升速度相匹配，从而推出。

三轴水泥土搅拌桩钻进下沉时间+喷浆提升时间≥三轴水泥土搅拌桩泥浆泵喷浆时间=三轴水泥土搅拌桩水泥浆液制备量÷单位时间泥浆泵喷浆量

以例1举例，根据收集的泥浆泵喷浆速率的数据250-320升/分钟，代入计算式，则此根搅拌桩喷浆时间为38.28分钟～48.99分钟之间。则三轴水泥土搅拌桩钻进下沉时间+喷浆提升时间最少时间不小于38.28分钟。

5 相关参数现场应用

根据上述建立起来的计算式，可用于三轴搅拌桩相关参数的计算，方便现场进行质量检查及控制。表2为某一项目三轴搅拌桩实际施工数据，此项目采用三轴搅拌桩作为止水帷幕，采用一喷一搅工艺，水泥参量20%，水灰比1.5。项目上未能提供试桩记录及流量计记录。

根据表2相关数据代入计算式

表2 某项目三轴搅拌桩实际施工数据

三轴水泥土搅拌桩水泥用量=桩截面深度*桩的深度*土密度*设计水泥参量=1.031平方米*15米*1.8吨/米*20%=5.5674吨

三轴水泥土搅拌桩水泥浆液体积=水泥质量÷水泥表观密度+水灰比*水泥质量÷水密度=5.5674吨÷3吨/米+1.5*5.5674吨÷1吨/米=10.2069米³

三轴水泥土搅拌桩泥浆泵喷浆时间=三轴水泥土搅拌桩水泥浆液制备量÷单位时间泥浆泵喷浆量=10.2069米÷（320升/分钟～250升/分钟）=31.9分钟～40.83分钟

三轴水泥土搅拌桩钻进下沉时间+喷浆提升时间≥三轴水泥土搅拌桩泥浆泵喷浆时间

则此根三轴搅拌桩的下沉时间+喷浆提升时间理论时间不小于31.9分钟。根据实际记录可得五根桩的施工平均时间为=（27分钟+24分钟+25分钟+25分钟+24分钟）÷5=25分钟

可以利用三轴搅拌桩实际施工时间与理论施工时间进行对比，计算偏差量，相关计算依据作为施工质量检查参考依据，并结合实际施工过程中现场降水情况，土质情况、土方开挖情况，及周边环境的情况进行对三轴搅拌桩施工质量进行综合判定。

6 三轴水泥土搅拌桩下沉与提升时间控制

上海市基坑工程技术标准DG/tJ08-61-2018 及型钢水泥土搅拌墙技术规程JGJ199-2010都提到三轴水泥土搅拌桩下沉速度宜控制在0.5米/分钟～1米/分钟范围内，提升速度移动控制1米/分钟～2米/分钟范围内，规范规定较为宽泛[4]。

但是因三轴水泥土搅拌桩工艺原因，宜在下沉过程喷浆总喷浆量的70%，提升过程喷射剩下的30%。在实际施工前中应充分考虑喷浆量、喷浆速率及下沉、提升时间之间的关系。

以例1举例，总体喷浆时间理论为38.28分钟～48.99分钟，根据下沉过程喷浆总喷浆量的70%，提升过程喷射剩下的30%的要求，则下沉搅拌时间理论时间宜为26.796分钟～34.293分钟，提升搅拌理论时间为11.484分钟～14.697分钟。

提升、下沉速度=桩长÷搅拌时间。

则例1中，三轴搅拌桩下沉阶段理论速度为0.525米/分钟～0.672米/分钟,提升阶段理论速度为1.225米/分钟～1.566米/分钟。

但是在实际的施工过程，受三轴搅拌桩桩机机能限制，提升速度并不能达到理论上速度。所以在大面积施工前，应进行成桩试验，根据三轴搅拌桩机设备实际机能，明确三轴搅拌桩的施工喷浆速率及下沉、提升搅拌的时间。尤其对环境保护要求高的基坑，并应通过试成桩机检测结果调整施工参数。

7 结束语

针对三轴水泥土搅拌桩现场施工质量问题，了解现场，收集现场施工数据，并加以分析，为三轴水泥土搅拌桩施工中检查及施工后溯源提供理论依据。但现阶段的设备越发先进，希望更多数字化的控制手段用到施工设备上，在保证稳定性的情况下科学的控制施工质量。