六軸水泥土攪拌樁施工設備的研發

丁清鵬

(上海強勁地基工程股份有限公司，上海 200233)

在對軟弱土層進行加固和基坑支護時，常常采用水泥漿與土體攪拌的方法，形成水泥土攪拌樁體，從而使軟弱地基的強度和止水性有較大的提高。通常采用的方法為SMW工法樁［1，2］。當采用三軸水泥土攪拌樁施工設備進行施工時，三軸攪拌樁之間相互存在搭接縫，如圖1所示。搭接縫過多，容易造成開叉和滲漏，這對水泥土攪拌墻的止水性有很大影響。

圖1 三軸攪拌樁間搭接縫示意圖

另外對于單軸或二軸水泥土攪拌樁機，其功率較小，樁架穩定性差，樁機移動以人工加鋼絲繩牽引，在施工中要頻繁移機，占用大量的工作時間，影響施工效率，針對以上問題，為了減少移機次數和搭接縫，降低施工成本和提高工效，單軸攪拌樁或二軸攪拌樁，一次施工形成的水泥土攪拌樁數量小。為此，一次形成較長的水泥土攪拌樁墻是地基加固和基坑支護領域的一種新需求。

1 六軸水泥土攪拌樁施工設備構成

1)六軸顧名思義，在機架上設置有六根鉆桿，六根鉆桿上部為動力箱，每根鉆桿下部設置麻花鉆，鉆桿上則設置攪拌葉片(見圖2)。為了防止前部的麻花鉆轉動時相互干涉碰撞，相鄰兩個鉆桿下端的鉆頭不在同一高度上，即鉆頭錯位布置，攪拌葉片或刀片徑向長度為d，相鄰鉆桿的間距為D，d＞D/2。該種尺寸布置，鉆頭和葉片形成的攪拌樁中間無縫隙，形成帶有六根攪拌樁的一幅樁，止水效果好。相鄰鉆桿之間的間距為200 mm～1 500 mm。攪拌葉片或刀片徑向長度為150 mm～1 400 mm。或者所有鉆桿在所述鉆桿下部的鉆頭處于同一高度(見圖3)，開始轉動前，人工布局使得攪拌鉆頭相互不干涉，那么所有鉆桿勻速同步轉動時，則也相互不干涉。此種結構對鉆桿同步運動要求較高，土層均勻度要求要好，一旦某個鉆桿卡住則會發生鉆頭相互碰觸事故。2)所述鉆桿為中空鉆桿，內部設置有注漿通道，鉆桿前端設置有噴漿孔。這樣可以在鉆進過程中進行噴漿，或者上提鉆桿時噴漿。使用時鉆桿全部或者部分為噴漿管。該種設備，取消了原來設備中的噴漿管，直接利用鉆桿的中空通道進行噴漿或者噴氣。3)由于鉆桿作為噴漿管，鉆桿上設置有旋轉接頭，旋轉接頭連接注漿管;進行施工時，鉆桿轉動，而與注漿管連接的套管不轉動，漿液通過注漿管注入到鉆桿內(見圖4)。4)六根鉆桿上方連接六個驅動電機，驅動電機驅動鉆桿轉動。每個鉆桿單獨連接一個電機，結構簡單，便于制造，也便于將鉆桿數目擴展。5)根據本設備的原理，可以將六軸水泥土攪拌樁施工設備擴展為七軸、八軸甚至更多軸的設備。

圖2 麻花鉆及攪拌葉片示意圖

圖3 鉆桿布設示意圖

圖4 漿液注入鉆桿示意圖

2 六軸水泥土攪拌樁施工方法

方法1，見圖5a)。1)采用六軸攪拌樁施工設備施工第一幅樁;第一幅樁由六根水泥土攪拌樁組成;六軸攪拌樁施工設備同時形成六根水泥土攪拌樁，六根水泥土攪拌樁在同一豎直面上，相鄰樁體互相搭接;2)采用六軸攪拌樁施工設備施工第三幅樁，第三幅樁與第一幅樁相互間隔一定距離;3)采用六軸攪拌樁施工設備施工第二幅樁，第二幅樁與第一幅、第三幅樁相互搭接，搭接范圍20 mm以上;4)采用六軸攪拌樁施工設備施工第五幅樁，第五幅樁與第三幅樁相互間隔一定距離;5)采用六軸攪拌樁施工設備施工第四幅樁，第四幅樁與第三幅、第五幅樁相互搭接;6)依次重復1)，2)，3)，4)，5)步驟直至形成設計要求的水泥土攪拌墻。

圖5 六軸水泥土攪拌樁施工示意圖

方法2，見圖5b)。1)采用六軸攪拌樁施工設備施工第一幅樁;第一幅樁由六根水泥土攪拌樁組成;六軸攪拌樁施工設備同時形成六根水泥土攪拌樁，六根水泥土攪拌樁在同一豎直面上，相鄰樁體互相搭接;2)采用六軸攪拌樁施工設備施工第二幅樁，第二幅樁與第一幅樁相互搭接，搭接范圍20 mm以上;3)依次施工第三幅、第四幅水泥土攪拌樁直至形成設計要求的水泥土攪拌墻，每幅水泥土攪拌樁與前一幅水泥土攪拌樁搭接。無論是方法1還是方法2都可以大幅提高攪拌樁施工效率，可以根據工程實際情況不同，選擇方法1或者方法2。

3 六軸水泥土攪拌樁施工效果

通過本設備施工形成的六軸水泥土攪拌樁(見圖6)，一幅水泥土攪拌墻由多根豎向相互搭接的水泥土攪拌樁組成，多幅水泥土攪拌墻相互搭接形成更長的水泥土攪拌墻，每幅水泥土攪拌墻由六根豎向的水泥土攪拌樁組成，六根水泥土攪拌樁同一時間形成，六根水泥土攪拌樁在同一豎直面上，相鄰樁體互相搭接;相鄰的水泥土攪拌墻相互搭接。

圖6 六軸水泥土攪拌樁示意圖

在軟土地基中施工，一次施工六根水泥土攪拌樁，比傳統的三軸鉆機設備提高效率2倍以上，并減少了一半以上的攪拌樁接縫。減少了原單軸或二軸水泥土攪拌樁形成的多道接縫，提高了施工效率，減少了用工量，彌補了三軸攪拌樁置換土多、水灰比大、水泥摻量大等缺陷，縮短施工工期2/3以上。

［1］ 朱俊坡.基坑支護工程三軸攪拌樁施工方案［J］.建筑技術，2010(6):81-82.

［2］ 張 璞，柳榮華.SMW工法在深基坑工程中的應用［J］.巖石力學與工程學報，2000(6):37-38.