三軸深層攪拌樁施工工藝及質量控制分析

摘 要:目前在一些土體加固改良處理工程中多采用三軸深層攪拌樁施工，掌握施工工藝并有效地控制攪拌樁的質量，確保土體加固處理的效果是施工中不斷研究的一個課題，對三軸攪拌樁加固機理、適用范圍、施工優點、施工工藝及質量控制等方面進行分析總結，為類似工程提供參考。

關鍵詞:三軸深層攪拌樁;施工工藝;質量控制

中圖分類號:TU

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)07-0289-02

1 三軸深層攪拌的加固機理

三軸深層攪拌施工是采用三軸型鉆掘攪拌機在現場向設計深度進行旋轉掘進，同時在灰漿系統及高壓風系統的配合作用下，在鉆頭處噴射出水泥漿液，鉆頭及螺旋鉆桿將水泥漿與原位土體反復混合攪拌，在各樁單元之間采取重疊搭接咬合方式施工，使土體的均勻性、自立性、密實度、抗壓強度等性能參數指標提高，從而滿足設計需求的一種施工工藝。其土體改良的機理是:用水泥作為固化劑加固軟土時，水泥和軟土將產生一系列物理和化學反應，從而增加了顆粒之間的粘結力，增加了土體的強度和密實度，形成具有一定強度和穩定性的水泥加固土。改良后的土體在抗壓強度指標上遠遠高于原天然軟土強度，壓縮性及滲水性比天然軟土也大大降低。在加固軟土時，由於水泥的摻量較小，一般僅占被加固土重的5～18%，水泥的水化反應完全是在具有一定活性的土體顆粒的圍繞下進行，所以硬化速度較為緩慢。

2 三軸深層攪拌施工適用范圍

三軸深層攪拌法通用于粘性土、粉土、砂土、砂礫土、粉砂等天然含水量<70%的地層加固，能適應被加固土體天然含水量<30%的粘土層、粉質粘土層、粉砂層，成樁深度可達65m。三軸攪拌樁可應用于房屋地基加固、堤防除險、盾構端頭加固、基坑周圍止水帷幕及連續墻槽壁加固等土體改良工程中。在施工過程中對鄰近土體擾動很小，不會產生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設施移位等危害，所以在場地有限且環境復雜的城市建設工程中也得到廣泛應用。

3 三軸深層攪拌加固型式

攪拌樁可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種型式，在堤防上用于地基加固，主要采用樁式，而用于防滲加固或槽壁加固，一般采用壁狀式，壁狀式是將相鄰攪拌樁部分重疊搭接成為壁狀加固型式，組成水泥土擋墻，這種擋墻具有較高的抗滲性能，可以形成良好的隔水帷幕。另外還有需要大面積改良土體以提高土體密實度及降低透水性的塊狀加固，塊狀范圍內各個樁體互相重疊，形成整體的攪拌水泥土體，常用于基坑封底加固、盾構端頭土體加固等工程。

4 三軸深層攪拌的主要優點

(1)加固效果好，加固方式靈活，適用面廣，三軸深層攪拌法可采用不同的加固型式、不同的樁長和水泥摻入量以滿足不同土質條件和不同荷載要求的加固目的，可在粘性土、亞粘土、淤泥質亞粘土、粉土、砂土、砂礫土、淤泥層、砂層、流砂層等土層中廣泛應用。

(2)施工速度快，且造價相對較低。在一般地質條件下，每一臺班可成墻70～80m2，所需工期較其他工法短，按照水泥摻入量18%計算，樁體合成本約為160m3/元。

(3)可充分利用原軟土，采用原位土體加固技術，可充分利用原狀土，廢土外運量遠比其他工法少。

(4)施工不擾動鄰近土體，不會產生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設施移位等危害。

(5)鉆桿具有螺旋推進翼與攪拌翼相間設置的特點，隨著鉆掘和攪拌反復進行，可使水泥系列強化劑與土得到充分的攪拌，并且各樁體連續無接縫，從而使被加固土體具有可靠的止水性，其滲透系數可達10-7cm/s。

(6)可成墻厚度550～1300mm，成墻最大深度目前為65m，根據地質條件還可施工更深。

5 三軸深層攪拌的施工工藝及質量控制

5.1 施工準備

(1)場地平整:清除樁位處的地表及地下障礙物，對低洼區回填粘土。

(2)材 料:一般采用42.5級普通硅酸鹽袋裝水泥以便于計量，使用前對水泥取樣送檢確保合格。

(3)水泥漿配合比:水泥漿水灰比控制在0.4～0.6，根據實際情況可適量加入0.5%的減水劑。

(4)機械設備:主機采用三軸型鉆掘攪拌機，配套機械主要有灰漿拌和機、集料斗、灰漿輸送泵、控制柜、計量裝置及空氣壓縮機等，計量裝置施工前必須經過計量標定后才能使用。

(5)測量布樁:繪制樁位平面布置圖并進行編號，注明加固深度，布設樁位點，設定施工標志。

(6)試樁:三軸深層攪拌施工中攪拌次數越多，拌和越均勻，水泥土的強度也越高。但是攪拌次數越多，施工時間也越長，工效也越低。試樁的目的是為了尋求最佳的攪拌次數，確定最佳水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、提升時鉆頭反轉速度、下鉆速度、攪拌遍數、復拌遍數、復拌深度、單位時間注漿量、以及每延米注漿量等參數，以指導下一步水泥攪拌的大規模施工。在正式開始施工前，根據地質情況選取代表性工點，至少進行2根試樁，以便取得符合設計要求的工藝控制數據。

5.2 施工工藝流程

樁位放樣→開挖導溝→置放導軌→鉆機就位→檢驗調整鉆機→打開高壓注漿泵→正循環鉆進至設計深度→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設計深度→反循環提鉆至地表→成樁結束→施工下一根樁。

(1)樁機定位:樁機走移至樁位，對中，調平樁機，并從兩個互為90度的方向調整鉆塔，確保其垂直度偏差<1.0%。

(2)攪拌鉆進:開啟鉆機，攪拌鉆進至設計深度。

(3)制備水泥漿:在攪拌鉆進的同時制備水泥漿，水泥漿水灰比根據試樁確定，并根據地質資料調整。

(4)噴漿攪拌提升:鉆頭鉆進至設計深度后，關閉送氣閥門，開啟灰漿泵，噴送水泥漿液，待漿液到達噴漿口，邊噴漿邊攪拌提升鉆頭，提升的速度必須嚴格控制，一般控制在0.57-0.97m/min，使漿液和土體充分拌和，同時嚴格控制噴漿量滿足設計要求。

(5)重復攪拌:攪拌鉆頭噴漿提升至設計頂面標高時，關閉灰漿泵，此時空壓機不停機，攪拌鉆頭提升到樁頂時停止提升，在原位轉動2min，以保證樁頭均勻密實。攪拌鉆頭再攪拌鉆掘至設計深度后進行二次攪拌，然后提升至地面，停止主電機和空壓機，填寫施工記錄，完成水泥攪拌樁成樁工藝。

(6)施工注意事項:

①鉆頭鉆至設計深度時，要有一定的滯留時間，以保證水泥漿液到達樁底，一般為2~5min。

②噴漿或噴氣時，當氣壓達到0.45MPa時，管路可能堵塞，此時立即停止噴漿，將鉆頭提出地面，切斷空壓機電源，停止送氣，查明堵塞原因，予以排除。

③整個制樁過程一定要保證邊噴漿、邊提升連續作業。當空氣濕度大、漿體流動性差、噴氣壓力大、單位樁長噴漿量大時，開通灰罐進氣閥，以對料缺罐加壓。如出現斷漿，及時補噴，補噴重疊長度不小于1.0m。

④噴漿開始時，將電子秤顯示屏置零，使噴漿過程在電子計量顯示下進行。噴漿時，記錄人員隨時觀察電子秤的變化顯示，以保證各段噴漿均勻。

5.3 施工質量控制措施

深層水泥攪拌樁屬于隱蔽工程，施工中必須嚴格控制各個環節，做好樁體檢測，嚴格按照規范設計施工，方可確保其施工質量。

(1)水泥攪拌樁開鉆之前，應用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現象，待水排盡后方可下鉆。

(2)設備就位后，必須平整，確保施工過程中不發生傾斜、移動。要注意保證機架和鉆桿的垂直度，其垂直度偏差不得大于1%，施工中采用吊錘觀測鉆桿的兩個方向垂直度和用平水尺測量機架的調平情況，如發現偏差過大，應及時調整。

(3)嚴格控制水灰比，嚴格按照設計的水灰比配制漿液，制備好的水泥漿不能有離析現象，停置時間不得超過2個小時，若停置時間過長，不得使用。漿液倒入集料時應加過濾篩，以免漿內結塊，損壞泵體。

(4)由于水泥土攪拌樁對水泥壓力量要求較高，為了確保樁體每米摻合量以及水泥漿用量達到設計要求，每臺機械均應配備電腦記錄儀，同時現場應配備水泥漿比重測定儀，在施工前檢查水泥及外摻劑的質量、樁位、攪拌機工作性能及各種計量設備完好程度，以備檢測人員能夠隨時抽查檢驗水泥漿水灰比是否滿足設計要求。

(5)泵送漿液前，管路應保持潮濕，以利輸漿，并記錄泵送漿開始及結束時間。

(6)泵送必須連續，拌制漿液的罐數、固化劑和外加劑的用量以及泵送漿液時間、壓力等應有專人記錄。水泥漿拌制數量，應滿足單樁總量拌制，一次用完，均勻噴漿。

(7)水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應小于總量的1/2，嚴禁帶水下鉆，當遇到硬土層攪拌下沉太慢時，可適量加水，但沖水對樁身強度有較大影響，需加大噴漿量，增加復攪遍數。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復攪時可提高一個檔位。

(8)在攪拌樁施工過程中采用\"葉緣噴漿\"的攪拌頭。這種攪拌頭的噴漿口位于攪拌葉片的最外緣，當漿液離開葉片向樁體中心環狀空間運移時，隨著葉片的轉動和切削，漿液能較均勻地散布在樁體中的土中。

(9)為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質量，第一次提鉆噴漿時應在樁底部停留30秒，進行磨樁端，在水泥漿與樁端土充分攪拌后，再提升攪頭，邊噴漿、邊提升、邊旋轉攪拌，余漿上提過程中全部噴入樁體，提升到原地面下30～50厘米時，不停漿并原地攪拌30秒再下沉攪拌。對樁身上端1/3樁長范圍，應采取復攪措施，將此范圍內的漿液分兩次噴入，使攪拌效果更佳。當噴漿口到達樁頂標高時，宜停止提升，攪拌數秒，以保證樁頭的均勻性密實。整樁噴漿攪拌結束后，為使軟土與水泥攪拌均勻，應再次將攪拌頭邊旋轉邊沉入土中至設計深度，再將攪拌頭邊旋轉邊提升出地面。

(10)施工前確定攪拌機械的灰漿泵輸漿量、灰漿經輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間。施工時用流量泵控制輸漿速度，嚴格控制攪拌時的下沉和提升速度，以保證加固范圍內每一深度得以充分攪拌，確保樁身強度和均勻性，使注漿泵出口壓力保持在0.4-0.6MPa，并使攪拌提升速度與輸漿速度同步進行。

(11)每根樁開鉆后應連續作業，不得中斷噴漿。如遇停電、機械故障等原因，噴漿中斷時應將攪拌頭下沉至停漿點以下0.5米處并及時記錄中斷深度，待恢復供漿后再噴漿攪拌。如停工40分鐘以上，必須立即進行全面清洗，防止水泥在設備和管道中結塊，影響施工。停工在12小時內采取補噴處理措施，并將補噴情況填報于施工記錄內，補噴重疊段應大于100cm，超過12小時應采取補樁措施。

(12)對每根成型的攪拌樁質量重點檢查水泥用量、水泥漿拌制的罐數、壓漿過程中是否有斷漿現象、噴漿攪拌提升時間以及復攪次數。確保水泥攪拌機的噴漿提升速度、攪拌次數、噴漿壓力等必須符合工藝要求，并有專人檢查并記錄。

(13)施工結束后，應檢查樁體強度、樁體直徑及地基承載力。水泥攪拌樁的施工質量檢驗可采用兩種方法:一種是在成樁7天后采用淺部開挖樁頭檢查，數量為總樁數的5%，另一種是在成樁3天內，用輕型動力觸探檢查樁身的均勻性，檢驗數量為總樁數的1%且不少于3根。

(14)三軸深層攪拌施工完成后7天內，不允許在其附近隨意堆放重物以防止樁體變形。

(15)施工記錄必須詳盡完善:施工記錄必須有專人負責逐樁現場認真填寫，不允許后補。記錄內容應包括:施工樁號、施工日期、天氣情況、噴漿深度、停漿標高、灰漿泵壓力、管道壓力、鉆機轉速、鉆進速度、提升速度、漿液流量、每米噴漿量和外摻劑用量、復攪深度等，深度記錄誤差不得大于10cm，時間記錄誤差不得大于10秒鐘。施工中發生的問題和處理情況，均須如實記錄，以便匯總分析。

參考文獻

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