超深三轴搅拌桩一杆成桩技术在深基坑工程中的应用

坑工程中的应用

摘要：传统工艺施工超过30m长的三轴搅拌桩时因受桩架高度限制，需进行接杆，本文介绍了一种新型的超深三轴搅拌桩一杆成桩技术、施工技术要点和常见问题的处理方法；并结合广州某工程实例对一杆成桩工艺与传统接杆工艺在施工效率、经济和质量上进行比较，阐述了一杆成桩技术的优势。

关键词：超深三轴搅拌桩；一杆成桩；深基坑工程 1引言

三轴搅拌桩因其成桩质量较好，且可采用套接一孔施工，实现了相邻桩体完全无缝衔接而无分叉现象，使其具有更好的隔水封闭性，广泛应用于基坑工程。随着深基坑工程向纵深发展，出现了越来越多的超深三轴搅拌桩止水帷幕。当三轴搅拌桩施工深度超过30m，一次施工的桩长受制于桩架的高度、稳定性和钻头动力及钻杆强度等因素，国内目前主要通过加接钻杆方式施工。其缺点是受桩架高度限制，在施工30m~50m桩时至少需接、拆杆一次，每完成一次接、拆钻杆所需时间长，增加埋钻风险且工程成本高。因此，如何充分发挥钻头动力，在保证安全和质量的前提下，一杆施工尽可能深的搅拌桩，以节省接、拆钻杆时间，提高施工速度，成为了今后超深三轴搅拌桩施工发展的方向。

2 一杆成桩工艺原理

超深三轴搅拌桩是利用钻机在原地层中切削土体，压缩空气与切碎土体充分搅拌，然后在各施工单元间采取套接一孔法施工，形成柱列式挡墙。超深三轴搅拌桩一杆成桩工艺在传统接杆工艺的基础上，通过对机械设备加以改进，增加桩架配重与接地面积，提高立柱刚度，解决了桩架过高带来的易倾覆，立杆易弯曲造成桩体垂直度无法保证的难题，使桩架高度突破60m，然后再悬挂相应的动力

装置和钻杆，实现了50m深度范围内的搅拌桩一杆成桩的技术条件，从而提高了速度、降低了成本。

3施工工艺 3.1主要施工工艺 3.1.1施工准备

场地平整→测量放线→开挖沟槽。 3.1.2桩机拼装

根据桩深、桩截面形状和尺寸等，对桩机配重、桩架高度、钻头和钻杆等进行配置。按照技术要求对桩架、钻头和钻杆进行组装，组装场地视桩架尺寸而定，采用吊车配合施工。

3.1.3桩机就位

（1）由起重指挥工统一指挥，桩机就位对中，平面允许偏差应为±20 mm。 （2）行驶线路需有足够的空间，查清上、下、左、右各方面的情况及道路状况，使钻机在就位和钻进过程中保持平稳、平正。

（3）就位后应用桩机自带的仪表进行垂直度检测，且应确保桩架两个方向的垂直度偏差≤1/ 250。

3.1.4精确定位

开挖好导沟后，在沟槽中心线向外1000mm处用固定物标记，将每幅桩的中心点标记好在固定物上。桩机吊锥线对准定标记，即完成钻杆的精确定位。

3.1.5浆液拌制

开钻前对后台拌浆施工人员做好交底工作。搅拌桩水泥浆液采用自动搅拌系统，水泥用量及用水量均由设备自动控制。

3.1.6压浆注入

（1）钻机下沉钻进至桩

输浆阶段必须保证足够的输浆压力，注浆压力常控制在0.8MPa~1.0MPa，一般来说，配备具有较高工作压力的注浆栗，其故障发生相对较少，施工效率也较高。

（2）施工过程应连续供浆，一旦因故停浆，应将搅拌头下沉到停浆点0.5m以下，待恢复供浆后再喷浆搅拌；如果停工40min以上，必须立即进行全面清洗，防止水泥在设备和管道中结块，影响施工。

3.1.7搅拌下沉

启动电动机，根据土质情况按计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土、搅拌、下沉。下沉过程中开始注入水泥浆液，并严格控制下沉速度。

3.1.8 一杆到位

三轴搅拌桩钻机不接杆连续搅拌下沉至设定标高，在桩底2m ~3m范围重复搅拌注浆一次，确保桩体成桩质量及止水效果。施工过程中，通过驾驶舱内的智能化控制系统对垂直度进行监控和调整，使桩架垂直度符合成桩要求；为解决施工中钻杆过长带来的晃动问题，可通过动力头、可升降限位器及桩间土体进行上、中、下三点限位垂直钻进，同时提高桩架立杆的刚度和在钻杆间设置联轴器，保证三轴成桩的垂直度。

3.1.9反转提升

钻杆下沉至设计桩底后，搅拌钻杆反转，按照不大于试桩确定的提升速度，低档转速，喷浆、喷气。钻机在钻孔和提升全过程中，一方面，保持螺杆匀速转动，匀速下钻，匀速提升，另一方面，根据下钻和提升速度的不同，注入不同掺量的水泥浆液，采用钻杆注浆和多层搅拌叶片搅拌并高压喷气使钻杆周边土体均匀搅拌，以保证桩身水泥土的均匀度。

3.1.10桩机移位

当搅拌钻头提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后，关闭灰浆泵。此时单幅搅拌桩的搅拌施工结束，按照施工顺序可以移动桩机到下一幅桩位进行施工。

3.1.11残渣外运

三轴搅拌机搅拌轴设有螺旋式搅拌翼，钻进时会置换出一定土体，约在20~30%左右，由于排出土体中水泥掺量较大，排土在1d~2d后即可固结，成干土后用土方车集中外运。

4常见问题的处理方法 4.1埋钻后的处理

超深三轴搅拌桩施工过程中无论何种工艺都可能会因停电、搅拌机械中途发生故障，或因地质因素发生卡钻等原因，造成埋钻。发生埋钻后需及时采取措施防止钻头水泥土凝固，而后松动掏空钻杆周围土体，减小钻杆转动及提升阻力，继而拔出钻杆，可按以下方法进行处理：

（1）为了防止钻头水泥土凝固堵塞浆管，采用连续不断泵送清水的方式保持浆管畅通，必要时可适当泵人膨润土浆液（水：膨润土= 1:0.05)，以保持钻杆与土层间的润滑。

（2）松动钻杆周围土体最常用的方法是点动正反转动钻杆，制造出钻杆与土体间的空隙，使泵送的清水从空隙中返出地面，润滑钻杆，减少粘土对钻杆的阻力，拔出钻杆。

（3）在点动持续喷浆无效的情况下，采用钻喷桩的喷射清水方式切割掏空整个钻杆深度范围的土体，使水泥浆松散后慢慢提升钻杆。

（4）上述方式皆无法达到效果时，最终可采用液压千斤顶顶拔钻杆。液压千斤顶顶拔方法:可通过在钻杆四周均匀布置4台200t液压千斤顶配以吊车进行同步顶升、静拔。4台千斤顶座落在可靠的沟槽两侧路基板上，通过专用液压夹具夹紧钻杆，构成顶升反力支座，咬合钻杆受力后，使夹具与钻杆一体共同提升。

千斤顶应四点同步平衡顶升，到位后，调整液压夹具继续重复顶升，直至钻机能自行提升为止。

4.2冷缝的处理

施工过程中因施工顺序、遇孤石、停电或机械故障等都将导致施工不连续而产生冷缝，为保证搅拌桩的止水效果，在发生冷缝段由常规套钻1个孔改为套钻2个孔来增加搭接的强度和抗渗度，并严格控制上提和下沉的速度，做到轻压慢速以提高搭接的质量。

图1 施工冷缝处理图

如因地层坚硬或块石地层无法实施时，采取在冷缝处先行钻孔套打方式，可用备有大功率减速机的螺旋钻孔机，局部疏松和振捣地层，然后用三轴搅拌机套接复搅连接施工水泥搅拌墙体。或采取先用地质钻引孔，而后旋喷注浆的补喷旋桩方式，以达到土体的止水和加固效果。

5工程实例 5.1工程概况

本工程西侧支护结构按安全等级为二级进行设计，采用放坡开挖，采用单排三轴搅拌桩止水，桩径850mm，桩中心距600mm，每次成型三根桩时套打1桩进行搭接，共计182根；用32.5R复合硅酸盐水泥，水泥掺量20%，水灰比1.2~1.8，施工下沉速度和提升速度均不大于1m/min。场地自上而下的岩土层分布为第四系人工填土层、冲积层、残积层及下伏白垩系泥质粉砂岩4层。基坑开挖深度范围内的地基土主要为人工填土、冲积淤泥质土、粉细砂、粗砂、残积粉质粘土、和全、强风化岩，地质条件较差；场地北侧环岛路下埋设有给排水、供电、通讯等管线和北边有厂房建筑，周边环境复杂，对支护结构变形要求严格。

5.2实施情况

围护桩施工后，紧接着采用套接一孔法施工最外侧超深三轴搅拌桩，现场同时采用了接杆工艺和一杆成桩工艺。施工时，三轴搅拌桩水泥掺量为加固土体质量的22%，水灰比2.0，注浆压力0.8~1.0MPa，喷浆搅拌时钻头的下沉速度控制在0.01m/s、提升速度控制在0.018m/s。 止水帷幕共计5个月施工完成。施工后，根据基坑开挖过程中的水位监测及实际情况观察，止水帷幕止水效果良好，无明显渗漏现象，为基坑内主体结构施工提供了可靠保障。

5.3对比分析

通过某工程施工经验表明，传统的工艺在完成一次接、拆杆工序需时间90min ~110min，同样施工50m桩，接杆工艺平均每天可完成3~4幅，一杆成桩工艺平均每天可完成7 ~8幅；一杆成桩实现了连续钻进施工，极大地降低了因接杆停顿时间过长而造成埋钻的风险，整个止水帷幕施工过程中一杆成桩工艺未发生一例埋钻事故。以施工单幅50m深桩为例，超深三轴搅拌桩一杆成桩较传统接杆工艺优势比较如表1所示。

表格1超深三轴搅拌桩一杆成桩与传统接杆工艺优势对比分析表

序号 比较项目 一杆成桩工艺 接杆工艺 1 造价/（元/m3） 500 615 2 时间/min 160 250 3 成桩质量 连续成桩、质量较好 中途停顿、影响质量 4 可操作性 工序简单、易操作 工序简需配合默契、需接杆平台 一杆成桩工艺固有其缺点，施工时应注意： 一杆成桩工艺采用的桩架配钻杆后重217t，高度约60m，平面尺寸11.2m×12m，较高的地基承载力和作业空间需求是采用该工艺时首要考虑之处；此外，长钻杆在钻进过程中容易产生晃动，施工时需根据钻进地质及时调整钻速和可升降限位器的位置，避免遇不均匀地质时钻杆出现“扭麻花”的情况。

6结语

本文通过介绍超深三轴搅拌桩一杆成桩工艺，施工要点及施工中常见问题的处理措施，并结合工程实例对一杆成桩与传统接杆工艺在施工效率、经济和质量上进行比较，以工程实践表明：超深三轴搅拌桩一杆成桩工艺较接杆工艺具有投资省、速度快、质量好和可操作性强等优点；为今后超深三轴搅拌桩施工提供了一种新的、更具优势的方式，发展前景广阔。

参考文献：

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