三軸攪拌樁施工技術研究

關鍵詞： 三軸攪拌樁 施工技術 軟基加固 工藝參數

水泥攪拌樁是利用長螺旋鉆桿的旋轉鉆入將加固料噴射進軟弱土體內，并通過鉆桿的旋轉攪拌使加固料與原始土體充分攪拌均勻，加固料與土體混合后經過一系列物理、化學反應，最后形成具有一定強度的、連續性的整體水泥土固結體，從而提高原始軟弱土地基的強度和承載力，同時既有加固地基作用，又可起到防滲止水的作用[1]。

攪拌樁按照加固料水泥的噴射形態將施工工藝劃分為粉體水泥攪拌樁（簡稱干法）和漿體水泥攪拌樁（簡稱濕法，包括水泥漿攪拌樁和水泥砂漿攪拌樁）。水泥攪拌樁在施工中可以采用的攪拌方法有單軸攪拌、雙軸攪拌、多軸攪拌和連續成槽攪拌法等多種方法，形成柱狀、塊狀、格柵狀和壁狀的水泥土加固體[2]。文章主要以三軸水泥漿攪拌樁為研究對象。

1 三軸攪拌樁施工

三軸攪拌樁是水泥攪拌樁采用多軸攪拌法的一種施工形式，三軸攪拌樁鉆機同時安裝有3 根長螺旋鉆桿，左右兩個鉆桿同向旋轉噴射加固料，中間的鉆桿反向旋轉噴射高壓空氣，促進加固料與土體強制翻攪拌合，同時防止產生翻漿，確保攪拌均勻，施工時將3根長螺旋鉆桿同時向下旋轉鉆入或同時向上旋轉提升，利用鉆機鉆桿的螺旋鉆進和提升將配制好的加固料噴入土體并進行充分攪拌，加固料與土體在混合后經過一系列物理和化學的反應，最后硬結，從而提高原有地基的強度。三軸攪拌樁因為其具有所適用的土層范圍廣、樁身的均勻性好、施工效率高和樁身強度大等優點，所以在軟弱地基加固和基坑支護等工程中被廣泛運用[3]。

1.1 三軸攪拌樁施工方法

三軸攪拌樁在地基加固工程中有兩種施作工法，一種是標準攪拌樁施工，在樁體中間不插入型鋼，只作為地基加固和基坑防滲止水的措施使用，也可以配合地下連續墻等其他施工措施一同使用；另一種是復合結構，也稱為加筋水泥土墻（Soil Mixing Wall，SMW）工法。SMW 施工工法是在攪拌樁的樁體水泥土還未固結前，將H 型鋼或鋼板作為應力補強材料，按照一定型式插入水泥土樁體內，最終和水泥土一起固結，形成連續完整的、具有一定強度和剛度的無縫地下墻體，既可以起到地基加固和對基坑防滲止水的作用，也能作為擋土墻起到一定支撐防護的作用。這種方法只適用于基坑深度較淺的工程，例如車站的出、入口等，一般基坑深度不超過15 m。

攪拌樁濕法工藝主要以水泥漿或水泥砂漿作為樁體加固料，具有樁體攪拌均勻和容易進行重復攪拌的優點，但是混合后的水泥土硬化固結的時間比較長；干法工藝主要以水泥干粉作為樁體加固料，具有混合后的水泥土硬化固結時間較短且能提高樁間強度的優點，但是樁體進行攪拌的均勻性不足，很難全程進行復攪作業，所以水泥攪拌樁的常見施工方法是以濕法工藝為主[4]。

在施工中濕法與干法的選擇還要參考地質勘察報告提供的加固區土層含水率、設計要求以及施工現場的實際環境來決定。

三軸攪拌樁樁體的搭接方式有標準搭接（見圖1）、套接1 孔和套接2 孔3 種方式，按照鉆孔的作業順序分為單側擠壓施工（見圖2）和單側跳打施工（見圖3）。圖示中的陰影部分為攪拌樁的搭接套鉆部分。在受到施工場地條件限制，樁機不易來回行走時，一般采用單側擠壓的施工順序。

1.2 三軸攪拌樁施工工藝流程

三軸攪拌樁的施工工藝流程根據噴漿和攪拌作業的次數分為一噴二攪、二噴二攪、二噴四攪和四噴四攪。一噴二攪是下鉆鉆進并同時噴漿，提升時只攪拌不噴漿，也就是所謂的空攪；二噴二攪是下鉆鉆進并同時噴漿，提升攪拌并補漿噴漿；重復一次就是二噴四攪和四噴四攪。

三軸攪拌樁二噴二攪施工工藝流程：施工準備→樁位放樣→導槽施工→樁機就位、校正→下鉆噴漿攪拌至加固深度→補漿攪拌提升至停漿面→成樁結束→進入下一施工循環。

1.2.1 施工準備

規劃布置施工場地，搭建水泥儲備罐等附屬設施。對原材料和相關機具設備進行進場檢驗和核查。相關的機械設備和儀器儀表等必須先通過檢測中心檢測且合格，再上報當地安監部門進行備案后，經過監理單位的驗收并同意后方能用于現場施工。場地施工前要進行平整和必要的壓實，清除已知和探測到的地下和地上的阻礙物，確保施工機械和各類機具安放穩定。

1.2.2 樁位放樣

提前按照設計圖紙排列布置好樁位，并計算每個樁位的孔位中心坐標、樁頂和樁底設計標高，經復核無誤后方可在施工現場使用。在施工現場利用全站儀根據已確定的孔位中心坐標放樣出樁位，并做好測量記錄，測量精度要符合相關規范和設計的要求。一般要求定位誤差不大于15 mm，成樁的樁位偏差不大于50 mm。放樣完成后要經報檢復核驗收合格方可施工。

1.2.3 導槽施工

攪拌樁機移動至指定的作業位置，在機座安放平穩確保安全后，對樁機鉆桿的垂直度進行檢查并校正，確保鉆桿的垂直度偏差滿足設計和規范對攪拌樁樁身垂直度的要求。鉆桿中心必須對準孔位中心，準備鉆孔施工。

1.2.5 下鉆噴漿攪拌至加固深度

嚴格按照試驗確定的配合比制備水泥漿，水泥漿所使用的水泥應提前過篩處理，制備好的水泥漿液不得發生離析，在噴漿前將水泥漿注入儲漿桶內，漿液總量要確保連續泵送作業需求。啟動攪拌機，按照施工工藝要求的鉆進攪拌速度、水泥漿液流速與壓力、空氣壓力等參數旋轉下落鉆桿，并向孔內噴射水泥漿液和注入壓縮空氣，自上而下削切原土下沉，同時邊噴漿邊旋轉攪拌，使水泥漿液和原地基土充分混合攪拌均勻，直至到達樁底加固深度。樁底端頭位置須在原位噴漿30 s 以上，使樁端土與水泥漿液充分攪拌均勻。

1.2.6 補漿攪拌提升至停漿面

樁底座噴結束后，攪拌機再按設定的鉆桿提升速度攪拌上升，并同時進行補漿噴漿，直至預定停漿面。

1.2.7 成樁結束并進入下一施工循環

攪拌機到達停漿面后，關閉泥漿泵，將鉆桿提出地面，關閉樁機和空壓機，樁機移出樁位。進行下一施工循環。

1.3 三軸攪拌樁施工參數確定

三軸攪拌樁在施工前，取現場代表性試樣，在試驗室內做水泥漿液的配合比試驗來確定水泥漿液的施工配合比，并在施工場地選擇具有代表性地質條件的地點進行工藝性試樁試驗，確定或驗證設計給出的鉆進速度、提升速度、水泥摻量、水泥漿液配合比、水泥漿噴漿壓力和流量、外加劑摻量、空氣壓力等施工工藝參數。必要時要對工藝參數進行優化，對軟弱土層應通過試驗確定其增加的攪拌次數或增加的水泥用量。

施工過程中如需調整施工工藝參數以滿足設計技術參數要求或優化施工工藝，應根據試驗結果確定工藝參數，調整后的施工工藝參數須經相關各方認可方可使用。

三軸攪拌樁采用一噴二攪和二噴二攪工藝施工時的部分工藝參數如表1 所示。

水灰比一般情況下采取0.5～0.6，淤泥質土取0.6～1.0，黏性土和砂類土采用1.5～2.0，基底加固單樁水泥摻量一般為20%，空攪部分根據實際情況可采用8% 低摻量進行補強加固，槽壁加固單樁水泥摻量一般為17%。施工時還可根據實際需要加入適量的膨潤土，摻量宜為水泥用量的5%～8%，不同土質的地層應按設計要求的技術參數做配合比試驗，根據試驗結果采用不同的水灰比，以達到最佳施工效果并節省水泥用量，加固體的力學強度不得小于加固前土體的強度[5]。

2 三軸攪拌樁施工注意事項

（1）攪拌樁施工前需根據地質特征等現場實際情況選擇合適的施工樁機，尤其是動力設備，要確保滿足施工現場的實際需求。樁機及其附屬設施安裝需要較長時間和較大的工作場地，施工時消耗水泥較快且用量很大，同時三軸攪拌樁機的施工耗電量很大，維持一臺樁機的運轉基本上就需要一臺500 kW 的變壓器，因此在做施工場地規劃和安排施工計劃時，都需要進行充分考量。此外，對于三軸攪拌樁施工過程中產生的廢泥漿和渣土，也要提前做好堆放場地和外運的規劃。

（2）為保證攪拌樁樁頭的成樁質量，同時避免增加過多的工程量，停漿面應設定在樁頂設計標高以上至少50 cm 處，但一般不超過1 m。制備好的水泥漿液應及時使用，因故停滯2 h 以上未使用的漿液不得再用于攪拌樁施工，應作為廢漿及時進行處理。施工過程中要定期測量樁機鉆頭的直徑，對鉆頭直徑小于設計直徑的要及時進行更換。

（3）攪拌樁施工過程中，因故停漿時，應將鉆頭從停漿點下落50 cm，等恢復注漿時再繼續噴漿攪拌提升。如果停機的時間超過3 h，應拆除并清洗注漿管路。

（4）三軸攪拌樁需要連續施工，不得出現除設計預留外的24 h 施工冷縫。在采用壁狀加固時，相鄰樁的施工時間間隔按規定不宜超過12 h。當出現施工冷縫或間隔時間超出規定時，必須要有必要的補強措施，且須經過設計等相關單位同意方可實施。攪拌樁的搭接長度必須嚴格按照設計和規范要求施作，以確保達到應有止水的作用。

（5）攪拌樁施工結束后應對成樁的位置偏差、樁長、直徑、樁體強度和防滲效果等進行檢測，檢測結果應符合設計與規范要求。對變形有嚴格要求的工程，應在成樁28 d 以后使用雙管單動取樣器對樁體進行鉆芯取樣，檢驗水泥土的抗壓強度，檢驗數量為施工總樁數的5‰，且不少于6 點，其檢驗結果應符合設計及規范的相關要求，對不符合設計要求的樁位，要制定有效的補強措施[6]。

3 結語

三軸攪拌樁在工程領域不僅是地基加固的常用措施，更是經常被用作基坑加固和作為槽壁加固的輔助措施，在各類基坑工程施工中廣泛使用。因此，清楚地掌握并熟知三軸攪拌樁的施工技術和方法、施工工藝流程、施工注意事項、各類施工中易出現的問題及處理措施對以后的工程施工會有很大幫助，避免在施工中發生施工事故。