三轴搅拌桩在软弱地层的成桩效果研究

李小军

中交二公局第三工程有限公司，陕西 西安 710016

1 工程概况

某地铁车站存在<4-2B>淤泥质粉质黏土软弱土层和<3-1>粉细砂液化砂层，相关人员决定对基底选用三轴搅拌桩进行基底土体加固，形成复合地基，以降低其压缩变形，防止其砂层振动液化。

对于单排试桩而言，首先对三轴搅拌桩试桩进行编号，根据编号，选取NS12（1-9）、NS15（1-9）、NS18(1-9)、NS21(1-9)、NS24（1-9）、NS27(1-9)共计6排54幅。试桩区域基底标高为-20.64m，地面标高为3.85m，其中总桩长为24.49m，实桩长为7.891m，空桩长16.599m。预定每3幅为一实验组，在完成NS12（1-9）、NS15（1-6），即完成15幅桩后，将原3幅一实验组变更为2幅桩为一实验组，其中NS27-9#由原技术参数水泥掺量12%变更为水泥掺量15%，水灰比1.7保持不变。试桩水泥浆配制0.8、1.0、1.2、1.5、1.7这5种水灰配比；水泥掺量设置6种，分别为 12%、13%、14%、15%、16%、17%。

2 工程生产量

2.1 导桩槽

导桩槽规模具体如表1所示。

表1 导桩槽规模参数

2.2 三轴搅拌桩试桩

三轴搅拌桩试桩规模具体如表2所示。

表2 三轴搅拌桩试桩规模参数

3 施工工艺

3.1 工艺流程

（1）测量放样。测量队依据试桩技术交底及相关图纸放出地下连续墙外边线点，即各轴号三轴搅拌桩的中心线。

（2）导桩槽开挖。根据测量样点，标出导桩槽开挖区域，对原路面进行破除作业。经各轴号试桩返浆量，能较好地满足蓄浆要求。

（3）水平垂直度校核。测量人员对三轴搅拌桩机的垂直度进行复核。

（4）桩机定位。现场采用钢丝绳将各轴号的三轴搅拌桩中心线引出，两端固定拉紧，然后在钢丝绳上标定各幅桩位。

（5）空桩钻进阶段。后台开启空压机、泥浆泵，注水于钻杆，待钻头出水正常且气孔桩喷气正常方可钻进，钻至实桩顶部。储浆桶内有剩余水时，钻杆应原地转动。

（6）实桩钻进阶段。后台自拌系统按照参数配置表配制水泥浆，待现场试验人员测定泥浆比重符合设计要求后方可注浆。合理配置好钻进和提升所用的水泥浆量，钻进桶数∶提升桶数=2∶1。考虑到后台供浆至钻头需要一定的时间，即在后台注浆5～10s后，前台钻杆开始钻进。当钻至基底标高时，原地搅拌30s后停止注浆，继续在原地搅拌1～2min（此阶段两侧注浆钻杆顺时针转动，中间气孔桩逆时针转动）。

（7）实桩提升阶段。后台恢复注浆5～10s后，提升钻杆，提升至离桩底约1m处时，将钻杆反转（两侧注浆钻杆逆时针转动，气孔钻杆顺时针转动）。根据现场施工情况，储浆桶最后剩余水泥浆约280kg，当提升至实桩顶部时钻杆保持原地转动，后台可放少许清水涮洗搅拌桶，再放至储浆桶，待储浆桶水泥浆少许后，钻杆方可提升。

（8）空桩提升阶段。后台泵送清水，前台按最大速度提升（最大电流阈值范围内），直至花钻钻头露出地面，后台停止注水。

（9）下一循环施工。桩机移位定位，清理场地，当施工完毕后，后台应及时清理注浆管道和注浆泵，以防堵管。

3.2 施工顺序

三轴搅拌桩施工采用“间隔跳打法”，加固区桩间咬合250mm，桩间距为1800mm，钻进施工步序如图1所示。

图1 间隔跳打法施工顺序图（单位：mm）

3.3 工艺总结

根据上述三轴搅拌桩施工工艺流程分步阐述，可将该施工工艺流程总结为“进正提反两停留”，即钻进正转，提升反转，实桩两端部均要求原地转动。其中在实桩底部注浆30s后停止注浆，且原地转动1～2min，这主要是考虑到花钻在实桩底部的搅拌时间相较于实桩上部而言较少，而在底部注浆30s能保证桩底强度；另外，钻杆在桩底原地转动1～2min，这样能充分搅拌加固区段，也能有效提高成桩的均匀性和强度。

在实桩顶部停留空桩，主要考虑两点：较大程度上保证了加固区段的水泥掺入量，不浪费水泥浆，能节约成本；倘若将剩余少许水泥浆注入空桩部分，会对后期开挖及掘进带来困难。

3.4 技术分析

下文就三轴搅拌桩试桩核心环节，即实桩钻进阶段和实桩提升阶段进行技术分析。现从正常成桩中选取任意3组数据进行实桩阶段相关技术分析和总结。对三轴搅拌桩实桩部分每延米搅拌下沉和搅拌提升所用时间和喷浆量数据进行处理，得到数据汇总如表3所示。

表3 实桩部分每延米用时及喷浆量

4 结论

综上分析，得出以下几点结论：

（1）用时方面。随机抽取的3幅桩在钻进和提升速度上控制较好，很容易发现在实桩0～7m加固区段用时相对较为均布，基本上每延米用时均为2～3min。

（2）注浆量方面。在0～7m加固区间段，每延米泥浆消耗量基本为700～1000kg，注浆基本上较为均匀。

（3）在实桩7～8m加固区段，随机选取的3幅桩用时基本一致，也反映出该区间段地质岩层于上部岩层发生变化，因此初步判断在三轴搅拌桩试桩施工区域，在距实桩底部1m左右位置存在明显的地质分界；另外，在桩底范围内，适当增加搅拌时间和注浆量，也能保证成桩强度，这主要是由于BZ70三轴搅拌桩机花钻部分长10.5m，其中实桩上部搅拌时间相对于实桩底部较为充分，故在时间（桩底原地搅拌1～2min）和注浆量上对该区域强度进行弥补，从而保证成桩的均匀性和强度。

因此，应在合理确定复合地层中水泥掺量对成桩质量影响的基础上，于三轴搅拌桩施工之前进行试桩作业，并同时确定喷浆搅拌时合理的水灰比、水泥掺量、下沉及提升速度、泵送压力和注浆速度等技术参数。在软弱地质条件下，采用三轴搅拌桩进行基底加固，成桩效果与实桩部分喷浆时间、喷浆量（水泥掺量）相关；喷浆搅拌时间长，喷浆量适当（结合地质条件，在适当阈值范围内），则成桩效果较好。