三轴搅拌桩优化施工参数的研究及应用

袁伟力

（佛山市禅城区盈浩排水建设管养有限公司，广东 佛山 528000）

三轴搅拌桩作为一项施工新技术，是软基处理和基坑支护的一种有效形式。而采用三轴搅拌桩作为防洪土堤的防渗帷幕，目前在国内尚不多见，也没有相关成熟的施工技术规范指引。 按照设计建议参数，施工不顺畅，成桩时间长，成桩质量差，水泥掺量与设计值差别大。根据工程地质条件，结合现场试桩情况研究确定最佳施工参数，从而提高三轴搅拌桩的成桩质量和成桩效率，可为类似工程提供参考借鉴。

1 工程概况

罗格围堤位于佛山市禅城区南庄镇北部， 堤防级别为3 级，堤线总长29.2 km，围内面积约38 km2，设计防洪标准为50 年一遇洪水， 全线均有村民住宅。2022 年6 月22 日上午9:00 许洪水期间，外江洪水位为5.6 m 时， 罗格围堤南线8+050 桩号堤后的利南涌发现两处管涌险情。因此，该堤段被列入重大安全隐患点，需尽快进行加固以消除安全隐患。

罗格围堤（南线7+560～8+260）堤基地质结构为多层结构（Ⅲ），全段均为由淤泥质土、中砂、粉质黏土、中粗砂、 基岩组成的复杂结构。通过对险情隐患堤段堤基调查，根据工程堤基地质条件分类、工程地质问题及现状分析，决定对罗格围堤（南线7+560～8+260）采取防渗固堤工程措施。设计采用桩径Φ850@600 mm三轴搅拌桩，桩长17～26 m，共计581 组。设计提供参考参数为：四搅两喷；水灰比0.45～0.55；下钻及提升速度≤0.6 m/min，水泥掺入量≥15%。

2 设定试桩目标值

三轴搅拌桩施工前应进行试桩， 以确定水泥掺量、水灰比、成桩工艺及施工参数等。通过仔细查阅三轴搅拌桩施工的相关资料， 结合设计建议参数及单轴搅拌桩相关经验数据，确定本次试桩目标值为：

（1）成桩时间由设计建议工艺参数施工的6.7min/m降至4.5 min/m。

（2）桩体水泥掺入量控制为（15.5±0.5）%。

（3）桩体28d 抗压强度不小于1.2 MPa。

3 提出参数工艺方案并确定最佳参数工艺方案

3.1 试桩主要设备

试桩主要设备如表1。

表1 试桩主要设备

3.2 提出参数工艺方案

经审阅施工图纸、 工程地质勘察报告及查看现场环境条件等， 对可能影响三轴搅拌桩施工参数的因素进行调查、分析，并查阅有关三轴搅拌桩施工技术资料，召开专家会议，集思广益，进行要素分析整理。提出可供选择的意见、观点，加以归纳、汇总，提出以下参数工艺方案，如表2。

表2 参数工艺方案对比

3.3 确定最佳参数工艺方案

针对5 个工艺参数方案， 先计算各个方案的单组桩长的施工造价，然后逐个通过现场试验，得出不同参数下的成桩数据，如表3～表4。再通过相互比较取得最优方案。

表3 参数工艺方案造价对比 单位：元

表4 参数工艺方案试验数据对比

通过造价分析及现场试验的数据的对比， 选取方案4 为最佳方案，即四搅两喷；水灰比1.3；下钻：下钻速度≤1.0 m/min，喷浆压力0.8～1.2 MPa，搅拌速度45 转/min；提升： 提升速度≤0.8 m/min，喷浆压力1.0 ～1.2 MPa，搅拌速度45 转/min 为三轴搅拌桩最佳施工参数。

4 制定施工对策

（1） 施工准备。 对施工人员做技术交底。场地平整， 桩机应平稳、平正，用时不大于2 d。用经纬仪或线锤进行观测，确保钻机的垂直度。

（2） 浆液制备及注入。 对拌浆人员做好技术交底，保证浆液符合要求。水灰比控制在1.3 左右，水泥掺量不小于15%，注浆压力为0.8～1.2 MPa。现场配备电脑计量自动搅拌系统和散装水泥罐， 以确保浆液稳定， 注浆时通过2 台注浆泵2 条管路同Y 型接头在H 口进行混合。

（3）下钻、提升及搅拌。严格控制桩机下沉和提升速度。下钻速度≤1.0 m/min，提升速度≤0.8 m/min，在桩底部分重复搅拌注浆。要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，水泥浆液全部注完。

（4）桩体检测。保证检测桩体龄期不小于28 d。设计28 d 抗压强度代表值≥1.2 MPa。严格采用钻芯法进行检测。

5 施工控制要点

5.1 浆液制备及浆液注入

施工现场配备电脑计量的自动搅拌系统和散装水泥罐，以确保浆液的稳定。每桶拌浆为：600 kg水泥+780 kg 水（水灰比以1∶3 控制）。水泥掺量不小于15%， 即每米被搅拌土体中水泥掺入量至少为450 kg。

式中M 为单组桩水泥用量 （t）；S 为单组桩截面积，取1.5 m2；P 为被搅拌土体密度， 中粗砂天然密度取2.0 g/cm3；H 为 有 效 桩 长 (m) ；I 为 水 泥 掺 入 量，取15%。

水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2 h，因故搁置超过2 h 以上的拌制浆液，应作废浆处理，严禁再用。搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过12 h。注浆时通过2 台注浆泵2 条管路同Y 型接头在H口进行混合，注浆压力为0.8～1.2 MPa。

5.2 下钻、提升及搅拌

三轴搅拌桩施工时， 下钻和提升过程中均为注浆搅拌，搅拌速度为45 转/min，同时严格控制下沉和提升速度：下钻速度≤1.0 m/min,提升速度≤0.8 m/min，在桩底部分宜重复搅拌注浆。

按照三轴搅拌桩的施工工艺，在下钻时，注浆的水泥用量占总数的60%～70%， 而提升时为40%～30%。要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。三轴搅拌桩采用跳幅施工，施工顺序如图1。

图1 三轴搅拌桩施工顺序

6 效果检查

按照最佳施工参数在施工现场进行6 组试桩试验，试桩结束后，统计最佳施工参数试桩后的试验数据如表5。

表5 最佳施工参数

由表5 可知，采用最佳工艺参数施工后，成桩时间由设计建议的6.7 min/m 降至4.4 min/m，超出4.5 min/m的预定目标，成桩效率提高34.3%，桩体水泥掺入量为15.3%，桩体28 d 抗压强度大于1.2 MPa，效果良好。

7 结语

选择适合现场地质条件的施工参数， 是决定三轴搅拌桩施工能否顺利进行的关键。 根据不同地质情况进行施工参数优化是施工经验及管理水平的体现。以防渗固堤工程为实例，通过试桩取得了经济合理、 安全可靠的水泥掺合比及符合设计要求且便于现场实施的工艺参数， 从而指导本工程三轴搅拌桩大面积施工。 提高了三轴搅拌桩施工的成桩质量及施工进度，降低了材料消耗，节约了施工成本，为顺利完成工程施工任务奠定了基础， 经济和社会效益显著。