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对三轴水泥搅拌桩施工与质量控制的探讨

发表时间：2021/6/3 来源：《基层建设》2021年第2期作者：高志芳

[导读] 摘要：三轴水泥土搅拌桩不仅具有施工速度快、施工成本低的特点，而且在地铁基坑支护结构的施工中得到了广泛的应用，尤其是在软土地层的施工中。

        上海丰申建筑地基工程有限公司
        摘要：三轴水泥土搅拌桩不仅具有施工速度快、施工成本低的特点，而且在地铁基坑支护结构的施工中得到了广泛的应用，尤其是在软土地层的施工中。本文以南京地铁四号线二期滨江站工程为例，对三轴搅拌的施工及其质量控制进行了探讨，可供类似工程施工参考。
        关键词：地铁车站；深基坑；三轴水泥搅拌桩；质量控制
        1工程概况
        南京地铁四号线二期滨江站为四号线二期的第6座车站，沿定山大街布设，车站东端临近胜利路，西临横江大道，呈西北一东南。该车站沿南北方向布置，地下为六层侧式车站。车站的有效平台宽度为11m，车站的外包总长度为238.65m，标准断面的外包宽度为34.2m与38.2m，顶板覆土的厚度约为1.9m。标准段底板的埋深为44.49m，左端集水坑底板埋深46.49m，右端大盾构井底板埋深48m。本工程基坑采用整体刚度较大、抗渗性较好的支护结构形式1500mm的地下连续墙（+内支撑）进行基坑支护兼做止水帷幕。本站围护结构地连墙轴线长度约592m，地下连续墙入中风化泥质砂岩3m，成槽深度为72.6~75.06m。
        由于车站开挖范围内为杂填土、素填土、淤泥质粉质黏土、淤泥质粉质黏土加粉砂流塑局部软塑层，工程地质性质差，为确保地连墙槽段开挖过程中的槽壁稳定性，
        建议对地下连续墙槽壁进行加固处理。车站全周地连墙两侧采用φ850@600三轴搅拌桩加固，深度在淤泥质粉质黏土加粉砂流塑局部软塑层以下1m。为加强顺作与逆作负三层底板处约束力，本站设计采用φ850@600三轴搅拌桩对负三层底板下土层进行抽条加固，加固深度为各部位基底以下3m。
        2工程地质条件
        2.1工程地质
        表1 各土层物理指标平均值表

        图1开挖沟槽示意图
        2.2不良地质
        施工场地没有活动断裂穿过的迹象，没有不利的地质影响和地质灾害，例如坍塌，滑坡等，也没有地下埋藏的物体，例如地下河、坟墓，防空洞等，但有通信光缆、高压电缆、自来水管等市政管线分布。经探测发现场地地层中也含有浅层气，施工过程需对其不良影响关注。
        3三轴搅拌桩施工
        3.1施工工艺
        3.1.1测量放样
        由项目测量员根据设计图纸和测量控制点放出设计桩位，桩位平面偏差不大于50mm，并根据设计间距在两侧定位架上用红色油漆做好标记，确保搅拌桩定位准确，并在沟槽的两侧设置复原中心线的标桩，以便即使在挖掘沟槽后也可以随时检查沟槽的方向和中心线位置。
        3.1.2开挖沟槽
        沟槽采用挖掘机进行开挖，沟槽的宽度为1-2m，开挖深度为1-1.5m，并且该沟槽的平面位置以三轴搅拌桩的理论内边线作为控制线。沟槽开挖过程应清除表层石块等障碍物，沟槽开挖余土应由铲车或内驳车及时运至堆土场地。
        3.1.3轴线引测、桩位定位
        沟槽开挖好后，利用测量引出点对桩位平面位置进行复原，根据实际桩位外侧引出点弹出墨线，桩架就位时，用钢尺测量桩架和墨线的间距，以确保桩机定位准确。

        图2轴线引测、桩位定位
        3.1.4桩机就位
        将打桩机移到工作位置，调整桩架垂直度误差达到至1/200以下。桩机移位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，移位要做到平稳、安全。桩机定位后，由当班机长负责对桩位进行复核，偏差不得大于50mm。
        3.1.5桩机垂直度校正
        三轴搅拌桩机架垂直度采用经纬仪观测机架上垂吊的铅垂调节。机架上焊接有上下两根相互垂直的钢筋，并在高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过下部钢筋中心，使钻杆垂直度不大于1/200。
        3.1.6桩长控制标记
        桩架拼装完成后，应根据设计桩长在钻杆上相应位置作出标识，为了控制搅拌桩的桩长不小于设计桩长，当桩长发生变化时，应及时擦掉旧标记，并重新标记。
        3.1.7水泥浆液拌制
        施工前应搭建拌浆平台，并做好拌浆平台处的地面硬化。浆液拌制配比及控制指标：水灰比：1.5~2.0；搅拌时间：2～3min。
        3.1.8搅拌桩机钻杆下沉与提升
        槽壁加固成桩采用两喷两搅施工工艺，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液，对含砂量大的土层，宜在搅拌桩底部2m~3m范围内上下重复喷浆搅拌一次。为保证浆液与加固土体均匀拌合，应按照0.5~1.0m/min的速度进行钻杆下沉，钻杆下沉至设计标高后，应继续搅拌并喷浆1～2min，使桩底土体与水泥浆液充分拌和，然后钻杆反向转动，并以1.0~2.0/min的速度提升钻杆，直至距离地面约50cm处或桩顶设计标高后再关闭注浆泵。基坑加固成桩实桩部分采用四喷两搅施工工艺，空桩部分采用二喷两搅工艺。

        图3搅拌时间-下沉、提升关系图
        3.1.9三轴搅拌桩的连接施工
        搅拌桩选用多轴钻机施工，以降低搅拌桩在施工过程中对周围建筑物的影响，应采用做一跳一的形式进行跳仓施工。相邻桩施工间隔时间过长将影响加固体的整体受力性能，因此，应控制相邻桩施工间隔时间不大于24h。

套打施工顺序图（施工顺序：1-3-2-5-4-7-6）

        图4搭接施工顺序图
        3.2施工质量控制
        整个施工过程中，应从原材料供应开始，到桩机定位、钻桩，乃至桩的套打等，对各道工序层层把关，以形成优质的加固体。本次三轴搅拌桩施工将加强下述，几个方面的控制：
        3.2.1桩机垂直度控制
        开机前必须探明和清除一切地下障碍物，须回填土的部位，必须分层回填夯实，以确保桩的质量。桩机行驶路基不得下沉，桩机垂直偏差不大于1/200桩长。
        3.2.2合理选择水泥土配合比
        选用P.O42.5普硅硅酸盐水泥，由项目技术员将每根桩的水和水泥用量发给水泥浆拌制人员对照操作。对于单桩水泥用量可根据理论水泥用量用自动拌浆系统，保证每根桩的水泥用量只能多不可以少。采用标准水箱，按设计要求严格控制水灰比，水泥浆的混合时间不少于2～3min。过滤浆液后将其倒入收集池中，然后连续搅拌。为了防止水泥离析，应连续进行搅拌而且不能中断，如果中断停滞时间不应超过2h。
        3.2.3注浆量以及提升速度控制
        根据设计要求控制提升以及下沉速度，以防止出现夹心层或断浆情况，是确保水泥掺量和施工质量的关键。在进行现场施工时，由技术人员24h轮流盯控，实时填写三轴搅拌桩施工记录表，并分析施工参数，以保证符合设计和施工的要求。当钻杆下沉时速度应控制在1m / min以内；提升时速度应控制在2m / min以内。另外，还要保证下钻及提升匀速进行，从而保证桩体的均匀性，避免因局部搅拌不均匀导致出现渗漏水现象。另外还应注意，当搅拌至设计深度后，应在静止喷浆30秒后开始搅拌，以确保桩底成桩质量。
        3.2.4做好桩与桩的套打工作
        如果由于时间隔太长而无法打桩，应在设计许可下采取局部补桩或注浆的措施。现场质量人员应填写每成桩记录。
        3.2.5做好冷缝处理
        桩与桩搭接时间不应大于24h，如超过24h，则在进行第二根桩施工时，须增加20％的注浆量，同时减慢提升速度。如因相隔时间太长，致使第二根桩无法搭接时，应作为冷缝处理。这时，可在监理单位和设计单位的认可下，采取局部补桩或高压旋喷桩补强的措施。冷接头处理应在先行施工的搅拌桩达到一定强度后再进行，以防偏钻。另外，为保证补桩效果，素桩与围护桩搭接厚度约10cm，在施工冷缝外侧使用高压旋喷进行封堵。冷缝处理形式如图5所示。

        图5 施工冷缝处理图
        3.2.6桩身质量控制
        成桩垂直度偏差不大于1/200，桩位偏差不大于50mm。搅拌桩桩体应搅拌均匀，表面要密实、平整。桩顶凿除部分的水泥土也应上提注浆（放浆），确保桩体的连续性和桩体质量。桩顶标高和桩深应满足设计要求。水泥浆灌入量要有严格保证，无异常过少现象。
        3.2.7保证搅拌桩1/200垂直度的措施
        开机前必须探明和清除一切可能影响桩施工的地下障碍物，须回填土的部位，必须分层回填夯实，以确保桩的质量。桩机行驶路基不得下沉，施工前保证桩机本身的垂直偏差不超过1/200。通过桩架的垂直度指示针将桩架的垂直度调整为1/200。用线锤进行校核桩架垂直度，在桩架上焊接一直径为5cm的铁圈，10m高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。第一次开钻前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，把钻杆垂直度误差控制在1/200范围内。施工过程中起重工随时对桩架垂直度指示针进行观测，确保指针读数在1/200以内，测量工随时对线锤进行观测，确保铅锤垂直并通过铁圈中心，双人双控以确保桩的垂直度。一旦发生桩的垂直度偏差超过设计规定值，立刻采取纠偏措施。
        3.2.8试块取样
        水泥土搅拌桩的强度应通过取芯钻取样来确定。钻取搅拌桩施工后28d龄期的水泥土芯样，钻取的芯样应立即密封并及时进行无侧限抗压强度试验。而且取芯数不小于桩总数的2％，且不小于3根。每根桩取芯数量为在连续钻取的全桩长范围内的不同深度和不同土层桩芯上取不应少于5点，且在基坑坑底附近应设取样点，每点3件试块。钻孔取芯完成后的空隙应采用注浆填充。
        4结语
        通过对三轴搅拌桩施工工艺的介绍，可以看出三轴搅拌桩施工工艺操作性强，质量控制简单。桩身质量及防渗效果均能满足工程施工要求。它既能有效地控制基坑外土体的位移，准确地观测和测量水位，又能达到很好的施工效果，具有很高的推广价值。
        参考文献：
        ［1］《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）［S］.
        ［2］《型钢水泥土搅拌墙技术规程》（JGJT199-2010）［S］.
        ［3］浅谈三轴水泥搅拌桩施工技术措施［J］.张耀东.建材与装饰.2019-04-15
        ［4］三轴水泥土搅拌桩施工质量控制［J］.胡宪胜.工程质量.2018-07-10