三轴搅拌桩在某综合楼施工应用中的技术与要点分析

三轴搅拌桩在某综合楼施工应用中的技术与要点分析

焦  棚

上海建科工程咨询有限公司，上海 200032

摘要：伴随城市的高速发展，高层建筑逐步兴起且大量挤压地下空间，致使基坑深度越来越大，随之也使得基坑防水难度大大增加。三轴搅拌桩作为当前基坑围护中常见的止水帷幕施工的方法之一，具有施工速度快，止水效果优越，施工均匀性好，以及对周边建筑影响小等优点，在高层建筑的深基坑施工中得到越来越多的应用。本文通过分析三轴搅拌桩在某综合楼项目中的深基坑止水帷幕中的应用，重点介绍三轴搅拌桩的施工工艺，施工中的要点分析，以及为保证施工质量的技术措施，从而为深基坑施工提供技术参考。

关键词：三轴搅拌桩；深基坑；技术要点；施工工艺；质量控制

引言

随着高层建筑的大量兴起和对地下空间的不断开发，基坑施工的深度也越来越深。随之而来的便是深基坑的防水支护问题。由于深度的增加，基坑防水的难度也不断增大。为此，人们便通过设置止水帷幕的方式，防止基坑内部渗水，同时可以起到支护的作用，其中作为止水帷幕施工中最常见的一种方法，三轴搅拌桩技术在高层的深基坑施工中广泛采用。这一施工技术适用于地质条件较差的地基，如粘性土质、黄土质、碎石地质等等。此技术不仅可以降低止水帷幕施工的成本，还具有良好的环保特性。

三轴搅拌桩因其特有的施工方式，可以解决复杂地质的深基坑施工难题，具有施工速度快、施工均匀性好、对周边环境影响小等优点，在高层建筑的深基坑中得到越来越广泛的应用。三轴搅拌桩的施工技术原理是改变基坑土体的性质，提高土体的承载力，具体的施工为：在施工中，通过机械搅拌加入加固水泥的软土，使得地基深层的软土、水、水泥充分的搅拌挤压，从而可以改变土体特质，使软弱土体在挤压下变硬成为桩体，将这些变硬的桩体连成一体，形成止水帷幕，极大的提高地基承载力，从而可以达到基坑四周的水不能渗入到基坑内的目的。近年来三轴搅拌桩广泛的应用于高层建筑深基坑施工、地下建筑工程中，在提高基坑支护整体止水效果的同时，也保证了基坑及地下室施工的安全。

1. 工程概况

本项目位于上海市奉贤区南桥东社区15单元 36A-04A地块，东至贤浦路、南至望河路、西至金钱路、北至沿港河。本工程建筑面积约100524m² (不含电业站350m²)，总用地面积66666m²。工程±0.000=+7.600 m，场地一般地面标高在+3.97～+5.15m。

项目建设主要包括1幢11层综合楼、1幢3层科教楼、1幢1层的后勤保障楼和出入口门位等建筑设施，包含一座地下2层的整体地下室，其中地上67986.48m2，地下32887.41m2。基坑开挖面积2.4万平方米，其中地下二层区域基坑开挖面积1.8万平方米，周边延长米843米，基坑开挖深11.0m~11.4m；地下一层区域基坑开挖面积0.6万平方米，周边延长米499米，基坑开挖深2.1m~6.7m。局部落深坑区域高差1.5m~3.1m。场地周边北侧有沿港河，距离基地红线约15m;西侧有金汇港，距离基地红线最近处约45m。勘察施工时，场地内的西部建有活动房，地表大范围填有较厚的建筑垃圾；东部为空地，长有杂草，周边环境相对较为宽松。

图1 施工平面图

本项目施工场地地基土经专业的勘察后，确定均为第四系松散沉积物，其中主要的是饱和粘性土、粉性土及砂性土，拟建场区桩基持力层土层分布相对较稳定，对本项目的桩基工程相对较为有利。勘察施工时，拟建场地内西部区域建有活动房，场地东部区域为空地，长有杂草，周边环境相对较为宽松，且各土层物理力学性质指标在综合现场钻探、原位测试及室内试验的基础上，经分层统计分析提供土层物理力学平均值、子样数、均方差及变异系数都显示有利于桩基的施工。

2. 三轴搅拌桩施工工艺分析

本项目的基坑围护外侧采用Φ850@600三轴搅拌桩作为止水帷幕，桩基完成一定区段具备工作面后，安排一台JB160A三轴深搅设备进场施工止水帷幕。为了保证止水帷幕的止水效果，桩机的位置需要保证严格的竖直。在施工中需要保持应平稳、平正，在竖向上采用线锤来观测桩机是否和龙门垂直平行以确保桩机的垂直度，且需要不间断的校核，搅拌桩的桩位定位后需要保证2cm以内的偏差。

在搅拌桩的施工前，需要测定成桩的各个参数，其中就包括：水泥浆液水灰比、成桩的施工工艺以及桩机的搅拌下沉速度和上下的提升速度等，每次的成桩试验都不能少于2根。现场施工的三轴搅拌桩采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1.5。根据施工需求，参照有关的技术资料规定，桩机的下沉和提升需要严格控制速度，并且要求均匀的施工，以确保桩身的质量，上下提升和下沉的速度不能超过1m/min；搅拌桩上下提升和下沉时很容易使得孔内形成负压，从而导致周边土体的扰动过大的现象，施工时需要严格的管控，桩机的搅拌时间和搅拌次数需要根据设计需要和现场施工实情来时时变动，确保水泥土搅拌桩的成桩质量。三轴搅拌桩的施工每一步都需细致，按照相关的技术资料和设计要求来施工，其中施工测量放样、开沟挖槽、设备选择、桩机就位与校正、搅拌桩施工、搅拌桩机钻杆下沉与提升等工艺需步步推进，详细的施工工艺流程详见图2。

2.1 施工测量放样

用钢尺分别量出每根轴线，做出醒目标记。所有标记出的轴线控制点需要定期的复核，并且需要醒目无覆盖。施工现场应至少设置三个以上的水准点，每个水准点需要保证其稳定性，以便可以得到可靠的起算依据。定期检查控制点的位置，保证控制点的稳固和准确位置。施工中标注沟槽的中心线的位置，以设计图中的围护结构的中心轴线为基准警醒施工放样。在沟槽的开挖后，控制点很容易丢失，需要在其两侧设置可以还原原有的中心线的标桩，此标桩也可以随时查看沟槽的中心走向线。

2.2 开挖沟槽

施工现场的开挖过程中，紧贴基坑围护的内边位置进行施工，挖机选用1m³的规格进行施工，沟槽截面尺寸2×2m。遇到有地下障碍物时，需先清障，如清障后产生过大的空洞，则应回填土压实，重新开挖沟槽，开挖沟槽余土应及时外运，不可影响三轴搅拌桩的施工秩序，同时满足安全文明的施工工地要求。

2.3 设备选择

按照施工设计和施工工艺要求，止水帷幕的施工选用先进的三轴深搅设备，搭配JB-160的桩架型、以及配套ZKD85-3型多轴钻孔机，施工场地中的设备的投入力量和配套的机械工具，都需要根据现场的场地条件和工程的规模以及工期的要求来合理设置。

图2 三轴搅拌桩施工工艺流程图

2.4 桩机就位、校正

现场桩机施工时需要由当班班长统一调度指挥，注意现场条件，注意规避桩机上、下、左、右各方面的不利情况，出现障碍物时需要及时的清除。桩机移动后需要精确的校准其位置，保持桩基底盘的水平和立柱导向架的垂直，保证桩机整体1/300以上的垂直度。利用重力锤与地面垂直的原理来保证桩身与地面的垂直，具体的操作方法为：在桩架的10m处悬挂一个铅锤，在其正下方焊接一个半径4cm的铁拳，在地面上用经纬仪来辅助校正钻杆的垂直度，使得铅锤和铁拳的中心重合，以此来控制钻杆的垂直度在1/300的误差内。严格控制钻杆的垂直度，每次施工前都应干进行校核，达到误差控制范围内才允许施工。

2.5 搅拌桩施工

三轴搅拌钻机作业施工时，通过三轴螺旋钻头将地基土体强制进行上下、左右翻滚搅拌，在切削土体时以水泥作为固化剂，在钻机上下提升、下沉搅拌过程中喷射水泥浆，同时注入高压空气，充分搅拌土体，以提高土体的承载力。

2.6 搅拌桩机钻杆下沉与提升

按照设计要求，槽壁加固采用一次搅拌的施工工艺。搅拌桩机施工时需要注意搅拌头和气泵的同步使用，保持搅拌头和压泵及气泵同时作业，一边搅拌一边喷浆，使地基土体搅拌充分均匀。保证桩底的承载力，在桩底1m范围内进行复搅，并且进行提升喷浆。按照设计要求，当达到水泥掺量20%的桩顶设计标高以上40cm后关闭灰浆泵，再将钻头进行提升喷浆复搅直至地面。由于水泥浆液的定量注入搅拌体内，将有20%～50%水泥土被置换出沟槽内，故跟进施工地连墙两侧导墙和道路施工。

3. 三轴搅拌桩施工要点分析

根据设计和施工工艺要求，现场施工采用三轴深搅拌设备进行作业，在施工过程中为了达到良好的止水作用，需要严格控制接头处的施工质量，保证搅拌桩在无任何特殊情况下不间断作业，如果遇到特殊情况而无法连续施工时，其间断时间不能超过24小时；如果间隔时间超过24小时时，在冷缝处需做补强处理，必须在其接头处的外侧加补一根桩，以满足设计的止水效果。

3.1桩机就位

现场桩机施工时需要由当班班长统一调度指挥，注意现场条件，注意规避桩机上、下、左、右各方面的不利情况，出现障碍物时需要及时的清除。桩机移动后需要精确的校准其位置，保持桩基底盘的水平和立柱导向架的垂直，保证桩机整体1/300以上的垂直度。三轴水泥搅拌机定位后再进行定位复核，偏差值应小于20mm。

3.2搅拌机及注浆控制

在三轴水泥搅拌桩在下沉和提升的全过程中，需要时刻保持水泥浆液的不间断注入，并且钻头的下沉和提升不能过快，需要按照施工工艺和相关的设计来确定，一般下沉时不能钻头的速度控制在0.5~1m/min以内，提升速度控制在1m/min以内。注浆的速度需要根据准确的施工时间来确定，并且对桩身底部进行适当的复搅注浆。在现场施工中需要做好原始数据的记录，以用来保证桩的施工质量。根据施工场地合理安排拌浆施工平台和水泥筒库，两者间的距离不宜过大，做好开机前的准备工作，充分的搅制浆液，并且在开钻之前做好拌浆的交底工作。

3.3施工工艺参数控制

三轴搅拌桩试验时严格记录好各项施工参数，通过比较，获取最优施工参数。大面积展开施工时须严格按照前面试验所获取的最优施工参数进行。做好三轴搅拌桩试验的准备工作，对制作好的试块进行标号、录、做好养护，达到规定的龄期后进行抗压强度实验。做好三轴搅拌桩施工的各个施工工序，确保桩身的强度和均匀性，需做好以下的施工工序。

（1）在施工时，需要按照设计要求和相关的规范精确配制浆液的水灰比和掺量；

（2）严格控制钻头下沉速度，使地基土体能充分均匀的搅拌，搅拌的同时持续性注浆，做好水泥浆液的配制，避免出现灰浆离析的现象。严格按照设计要求来配制水泥浆液，并且在放浆前，必须有不低于120s的均匀搅拌才可以入存浆桶中。

（3）压浆前需要疏通输浆管，确保不会出现段浆的现象，在全程注浆过程中要确保持续性，不能出现桩身夹芯层，施工过程中，发现管道出现堵塞时，应马上停泵，进行疏通处理。管道疏通后需要将钻头上提或者下沉1.0m后才可以进行注浆，在等待10~20s后才可以继续进行搅拌，以防止出现断桩。

3.4水泥用量控制

水泥进入施工现场之前需要首先检查进货数量及质量，严格进行单车验收，首先检验水泥用量的真实性，对水泥包进行逐一的清点，同时必须要求供货放随车携带保质单，将进场的水泥报送相关的检测部门进行送检。在现场制备水泥浆时，专人记录供浆数量，并且严格控制每桶浆的水泥用量，水泥浆液配制按照下述公式进行：

每根桩水泥用量=单根桩面积×有效桩长×土的容量×水泥掺量

现场采用的Φ850的三轴搅拌桩得单根桩面积约1.495m2、土体容重以1.8kg/cm3计；每桶拌浆为：500kg水泥+750kg水（水灰比以1.5控制）。

3.5施工冷缝处理

深基坑施工中，止水帷幕的质量严重影响后续的施工进度，所以要求搅拌桩连续不间断的施工，不允许出现施工中断而出现施工冷缝。在施工过程中，如果出现冷缝时需要在冷缝处围护桩外侧重新补搅素桩来进行补救。素桩补救时要在在围护桩达到一定强度后方可进行，避免出现偏钻的现象，保证补桩有着良好的效果，并且要求素桩与围护桩有着约10cm的搭接厚度。

图3 施工冷缝示意图

4. 质量保证措施

为了保障三轴搅拌桩的施工质量，严格按照设计进行放线及桩身的定位，施工时专职测量人员负责检验，桩机必须端正、稳固，采用经纬仪或线锤来确保桩身的垂直度，在钻进与提升过程中需要加接钻杆加接完成后需重新验证其垂直度。确保水泥土搅拌桩（止水帷幕）垂直度小于1/200，达到设计要求。严格按照设计要求配制浆液，施工中严格控制钻头的下沉和提升速度，以此来保证水泥土均匀搅拌。施工过程中，如果出现注浆管堵塞及断浆现象时，应该立即停止泵机，待找到原因处理后需将钻头提升或者下沉1m后方可进行喷浆，以防止出现断桩的现象。严格控制相邻桩的施工间隔时间，不可以超过10小时。如果施工过程中因为不可阻抗的原因出现了冷缝，需要及时在桩身外围护处补打素桩进行补强。及时处理废弃的泥土，以保证搅拌桩的硬化有利于下道工序的施工。

4.1控制桩身强度和均匀性

严格控制水泥浆配合比，不得擅自更改配合比，水泥浆液的搅拌时间不少于120秒，确保水泥浆液的质量。前、后台供浆联系信号必须明确、清晰，万一供浆系统出现故障应及时通知搅拌桩机停止下沉或提升。供浆系统修复，恢复供浆，钻头应下沉或提升100cm，然后提升或下沉喷浆。土体应充分搅拌，严格控制下沉或提升速度，使原状土充分切割破碎，并充分和水泥浆液搅拌达到均匀拌和。浆液不能发生离析，为防止水泥浆离析，放浆前120秒钟，必须充分拌和后到入浆桶。为避免供浆时发生堵管现象，拌和的浆液到入存浆桶应设一道过滤网，过滤出较大的颗粒。

4.2控制轴线垂直度

施工前，应有专职人员负责放出轴线、桩位，并请总包、监理复核无误后，才能施工。桩机移位、定位，由专职人员负责，并采用两台经纬仪在桩机正面及侧面纠正桩架的XY方向的垂直度，确保桩身1/300的垂直度。搅拌头中心应对准桩位中心并重合，确保桩与桩，确保围护的整体性。

4.3控制桩身整体性

施工中为额保证桩身的整体性，严格把控桩与桩的搭接位置，对桩机的定位进行及时纠正复核，尤其是转角处的搭接应严格检查，确保桩与桩标准搭接250mm。施工中保证桩架的垂直度的不大于1/300，并且需要确保桩身整体搭接的完整性，使得桩顶和桩底的桩与桩的搭接不小于250mm。避免桩与桩整体搭接小于250mm，出现上、下分叉现象。经常检查复核搅拌头及钻头的磨损情况，发生问题及时修复或更换，确保搅拌头直径符合设计要求。确保能顺利套打，搭接时间不得大于24小时，若超过24小时则应采取补桩或超量注浆搅拌的方法补救。施工中应严格按有关规范、规定执行，实行过程质量监控，确保工程质量。

5 结语

深基坑围护施工中采用三轴搅拌桩止水帷幕技术，不仅可以有效的解决防水支护的问题，而且可以降低施工成本、减小施工难度；同时可以有效的应对各种复杂的地质条件，实现深基坑施工的安全性施工，提高深基坑施工质量。

参考文献

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[2]徐驰,金袁.三轴搅拌桩在施工应用中的技术难点分析[J].房地产导刊, 2015(16).066.

[3]吴华南.三轴水泥搅拌桩施工技术在工程实践应用分析[J].中国建设信息化, 2016(2): 030.

作者简介：焦棚 （1991.8）男  职称：工程师  专业方向：工程监理