硬砂地質超深三軸攪拌樁鉆進施工技術

1.工程概況

蘇州中心廣場項目位于蘇州工業園區湖西CBD核心區域東端部。基坑面積約6.74萬m2，地下3層，開挖深度約15m至24m，地塊中間橫穿運營中的軌道交通1#線，為了有效隔斷承壓水在塔樓坑中坑區設置雙排Φ850@600三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，三軸攪拌樁長約52m，屬于蘇州地區首次使用的超深三軸攪拌樁。

2. 地質概況

根據勘察揭示的142.30m以淺各土層由第四系沖湖積相沉積物組成，土層分布較穩定，呈水平成層的特點，根據土層沉積年代、成因類型、土性和狀態，并參考本地區土層劃分經驗進行分層，可分為10個工程地質層。

3. 施工難點分析

①本工程超深三軸攪拌樁穿過第⑨2層粉土夾粉砂層隔斷承壓水，采用“一桿到底”施工工藝。無需在施工過程中加接桿，根據止水帷幕設計深度，提前將鉆頭、鉆桿拼裝完成，施工過程中鉆頭、鉆桿下沉、提升一次性不間斷完成，成樁垂直度高、連續性好，可較好的避免“開叉”、“冷縫”等質量問題的出現，且施工進度快，確保豎向止水帷幕的完整性和有效性。

②在三軸攪拌機設備上增加風速顯示儀、垂直度電子監控儀，施工全過程對鉆桿垂直度進行觀測、校正，對成樁垂直度有很好的保證，因此能夠做到60米超深三軸攪拌樁垂直度在1/300。

③針對蘇州園區湖西CBD地區特有的“鐵板砂”層土體，改進后的錐型鑲齒螺旋鉆頭，具有極好的土層穿透能力，可以大幅度提高該土層的鉆進速度，確保施工質量的同時，提高的工效，降低了成本。

4. 施工方法

4.1 設備選擇

選用JB180全液壓步履式有垂直度顯示儀的三支點打樁架、配備ZLD85-3三軸動力頭。

4.2 施工工藝

三軸水泥土攪拌樁采用二噴二攪成樁的施工工藝，工藝操作流程見圖1。

4.3 施工控制點

4.3.1 施工放樣

根據現場復核過的基準點，直線段部分放出將要施工的一排樁的中心線（首末2幅樁的一個邊孔中心的連線），向外側方向偏移并標記該引線，并標記該引線，以便于施工定位。

曲線段的樁位逐點放出，向外側方向偏移并標記該引線，并標記該引線，以便于施工定位。

4.3.2 開挖溝槽、清除地面、地下障礙物

用挖機沿樁中心線開挖一溝槽，如有障礙物，則必須清理掉障礙物后，用粘土回填到離地面約0.8m處的地方。

4.3.3 樁機就位、校正，復核樁機水平和垂直度

施工時確保有足夠的平整度和垂直度，移機時設備應平穩、平整，并用經緯儀進行觀測校正，并與樁機的垂直度儀表顯示盤中數據進行校對，使樁機機架的垂直度控制在不小于1/400，從而滿足成樁的垂直度偏差更小的要求（1/300）提高三軸樁的止水效果，樁機機位與樁位偏差應小于20mm。

利用垂直度控制儀來實現施工全過程樁機鉆桿垂直度控制，防止相鄰幅出現“開叉”。并在施工前將設計要求的鉆進深度使用紅色油漆在鉆桿上劃出標尺線，以確保每根樁都能夠按照設計要求達到設計深度。

4.3.4 攪拌水泥漿液、開啟空壓機、送漿至樁機鉆頭

水泥漿采用BZ-20環保型水泥自動攪拌注漿站攪拌，并通過空壓機加壓，將水泥漿輸送至鉆桿頭部。

按照設計要求嚴格控制水泥漿拌合的各項參數，包括水泥漿配合比、氣壓和漿壓等，各項參數按照要求輸人控制系統，禁止修改。

水泥漿液的水灰比、水泥摻量不小于設計要求，停滯時間超過2小時的水泥漿做作廢處理，杜絕不滿足質量要求的水泥漿投入使用。

4.3.5 鉆頭噴漿、氣并切割土體下沉至設計樁底標高

鉆機在鉆進全過程中，保持鉆桿勻速下沉且下沉速度滿足設計要求，使水泥漿與土在初凝前達到充分攪拌。

下沉速度應與注漿泵的泵量相適應，控制下沉噴漿量所占總水泥用量的比例，下沉速度還應考慮地質情況進行調整。

預攪下沉的過程中注意土體切削速度，一般不大于0.5m/min，噴漿提升時可在確保水泥摻量的前提下適當加快速度。

如果出現注漿阻塞或斷漿現象，需要及時停泵，排除故障后，再進行復噴漿，以免斷樁、空樁。

4.3.6 鉆頭噴漿、氣并提升至設計樁底標高

鉆頭鉆進深度到達設計標高后，持續攪拌注漿半分鐘以上，提升攪拌頭，邊注漿、邊攪拌、邊提升，使水泥漿和原地基土充分拌和，在攪拌樁樁底部分需重復攪拌注漿后提升，直到提升至離地面50cm處或設計標高后再關閉注漿泵。

提升速度應與注漿泵的泵量相適應，控制提升噴漿量所占總水泥用量的比例。

4.3.7 施工結束、轉下一組樁施工

施工完一根樁，根據跳打式施工的方法，將鉆機移至下一根樁樁位，進行下一根樁施工。若長時間停止施工，應對壓漿管道及設備進行清洗。

施工過程中由專人負責記錄，記錄要求詳細、真實、準確。施工必須連續性，不在下鉆、提升中途進行換崗接班。交接班時，建立交接班記錄制度。

施工時若出現冷縫，冷縫處需疊合一幅，并保證有效搭接。超深三軸攪拌樁為雙排錯位布置，施工過程中的施工逢采用“Z”字形連接。

4.4 實施情況對比

通過優化施工順序、施工參數及改進設備配置的方法，超深三軸攪拌樁施工速度及質量得到大大的提升，主要比較如下：

＞＞表1

＞＞表2

1）原設定參數：

水泥摻量：基坑開挖面以下20%、開挖面以上至地面10%。

下沉速度：在0.5～1.0m/min

提升速度：1.0～2.0m/min

注漿壓力：0.8～1.0Mpa

鉆頭配置：螺旋鉆

動力頭： 180KW

實施結果：（如表1所示）

2）調整參數：

水泥摻量：基坑開挖面以下30%、開挖面以上至地面10%。

下沉速度：在鉆進40m后<0.5m/min

提升速度：1.0～2.0m/min

注漿壓力：1.0～2.0Mpa

鉆頭配置：錐型鑲齒螺旋鉆頭

動力頭： 220KW

實施結果：（如表2所示）

5. 結語

本施工方法適用于所有軟土地區地下深坑止水帷幕的施工，特別適用于遇到地下土體粉砂層且不易鉆進的不利地質條件的工程。要求樁體的垂直度達到1/300，為保證垂直度達到設計要求，并能順利鉆透⑨2層粉土夾粉砂層，故采取以下措施。

1）設備采用JB180步履式樁機，可利用樁機自身設備進行垂直度的控制，具體調整步驟如下：

①場地平整硬化完畢后（約100厚素砼），鋪上鋼板（鋼板厚度25mm，寬2m，長6m），以防止樁機隨地面沉降影響機身傾斜；

②根據電腦顯示屏用樁機平臺后面左右兩側斜撐油缸調整樁架的垂直度，將樁機垂直度調整到1/400之內。

2）經樁機自身調平以后，必要時利用全站儀在垂直的兩個方向上對樁架垂直度進行復核。方法：以機身平臺為基點，沿樁架一邊垂直向上，觀測垂直度，隨鉆桿的深入，實時觀測，嚴格把誤差控制在范圍內，以確保鉆桿垂直向下。

3）為了保證能穿透⑨2層粉土夾粉砂層必須配置220KW以上的動力頭。

4）遇到硬質砂土層的地質不能使用螺旋鉆頭要采用錐型鑲齒螺旋鉆頭。