三轴搅拌桩成桩工艺试验.docx
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三轴搅拌桩成桩工艺试验
一、工程概况
广播台站是郑州市轨道交通2号线一期工程的起点站，为初期折返站，站后设交叉渡线和故障车停车线。
本站为地下两层岛式车站，车站总长470m，台宽度为10.4m，标准段基坑深度为16.22m，车站覆土3.0m。
车站小里程区间端接2号线一期工程，大里程端为2号线一期工程盾构区间始发端。
广播台站站主体围护结构采用钻孔灌注桩的围护形式，本站范围内地下水位在底板以上，因此需要采取降水措施，为了减少降水对周边环境的影响，本站采取坑内降水、坑外止水的措施，钻孔灌注桩桩间采用三轴搅拌桩止水帷幕。
主体围护结构采用Φ1000@1200mm钻孔灌注桩，钻孔灌注桩外侧采用∅850@600三轴深层搅拌桩做止水帷幕，止水帷幕搅拌桩长：
右线：
1-37轴线26米，37-60轴线28米；左线：
1-60轴线28米，相对围护结构按50mm外放。
设计要求三轴搅拌桩建筑材料为P.C32.5水泥，水泥参入量为18%～20%。
二、试验依据
1、《建筑基坑支护技术规程JGJ-120-1999》
2、《建筑基坑工程技术规范YB9258-97》
3、《客运专线铁路路基工程施工技术指南Z212-2005》
4、《基坑工程手册》
5、广播台站施工设计图
6、广播台站相关地质勘测资料
2.水泥用量计算
根据《建筑基坑技术规程规定》（JGJ120-99）5.5.2条款规定，喷浆搅拌的水泥量宜为被加固土体土重度的15%～18%，设计图中要求水泥掺量不小于18%～～2.15g/cm3,可知，每立方加固土体的水泥掺入量18%时为297～387kg，水泥掺入量20%时为356～430kg。
高于书籍及资料中所述，实际试桩时采用180～360kg/m3，同时在浆液中掺入3%的膨润土。
2.2.2水泥浆配合比选择
根据设计图及相关书籍复合硅酸盐水泥，水灰比选择在1.５～２.5之间.根据现场设备的大小进行施工配合比的确定。
钻孔两幅，取值为1.5、2.分别进行试验，最终确定配合比的区间。
2.2.3水泥浆的喷出量计算
水泥浆的喷出量主要考虑要与成桩时间匹配。
下沉和提升搅拌时间计算
（1）下沉搅拌时间计算
根据不同土质的N值确定一幅桩下沉搅拌时间T1,按公式T1=γ*L1（min/幅）计算。
式中γ---不同土质下沉1m喷浆搅拌时间（min/m）
L1----一幅喷浆下沉搅拌长度。
不同土质下沉1m喷浆搅拌时间γ，根据下述公式计算
在砂质土中γ=（0.03N+1.5）×1.2，
粘性土γ=（0.05N+1.5）×
粉土、2-4粉质粘土层中N为2～10，细砂土中N为11～52，中砂中N为32～60；4-6粉质粘土层N为24～32。
粉土、2-4粉质粘土
细砂
中砂
4-6粉质粘土
N值
2~10
11~52
32~60
24~32
γ（min）
（平均2.16）
（平均2.94）
（平均3.46）
（平均3.48）
地层厚度（平均m）
8
9
8
2
一幅桩下沉搅拌时间（min）
下沉平均速度为0.5m/min。
（2）提升搅拌时间计算
×L2+5（min/幅）计算,
其中L2----一幅桩提升搅拌长度（m）
计算得一幅桩提升搅拌时间T2=26.6min，可知提升速度为1m/min
（3）根据相关书籍结合本车站地质情况，并结合以上计算下沉速度区间取值为0.5～1.0m/min，提升速度区间取值为1～2m/min，通过成桩试验最终确定下沉和提升速度。
三、主要试验项目及目的
3.1试验目的
我公司在厚砂土层、高水位地铁施工中缺乏施工经验，通过此次试验可提高我公司施工生产水平，树立公司的郑州市场形象，创精品工程；保证成桩效果，确保施工基坑外围止水效果，满足基坑开挖要求，保质、保量圆满完成施工生产任务；通过三轴搅拌桩的工艺试验，深入地了解三轴搅拌桩的施工工艺，提高技术人员及现场施工人员对三轴搅拌桩施工工艺的认知，并熟练掌握该施工工艺。
具体详细项目划分如下：
（1）确定合理的水泥参入量，使其既能满足质量验收要求，又能不浪费材料，节约经费。
（2）确定合适水泥的水灰比和外参剂种类用量，使其既方便施工，又能保证桩体质量。
（3）当两喷两搅能满足质量验收要求时，采用两喷两搅而无需采用四搅两喷，节约经费，提高施工效率。
（4）确定好搅拌机得下降和提升速度，是为了做到施工既快速施工又满足质量验收要求。
（5）灰浆泵的压力、料管和送灰管送灰流量测定，是为了测出相关参数，保证机器运转正常，浆液供应满足成桩速度的要求。
主要试验项目
（1）水泥参入量；
（2）灰浆的水灰比、外掺剂的掺量和种类（减水剂、膨润土）；
（3）搅拌桩成桩工艺为四搅两喷或两搅两喷；
（4）搅拌机下沉和提升速度；
（5）灰浆泵流量和下沉提升速度的匹配参数。
四、成桩试验施工工艺
主要检查参数
三轴搅拌钻机的主要技术参数检查
（1）桩架的主要技术参数检查
桩架的主要技术参数表
参数/型号
参考规范书籍
现场实际
JB160
立柱筒体直径（mm）
¢920
最大立柱长度（m）
39
卷扬机
单绳拉力（KN）
（第一层）
卷放绳速度（m/min）
0~26（无级变速）
行走方式
全液压步履式
全液压步履式
额定输出功率（kw）
电动机
45
接地比压（MPa）
外形尺寸（长×宽×高）
14××41
钻机的主要技术参数检查
型号/参数
参考规范书籍
现场实际
ZKD85-3
钻头直径（mm）
¢850
钻杆根数（根）
3
钻杆中心距（mm）
600/600
钻进深度（m）
30
主功率（KW）
75×2（90×2）
钻杆转速（正、反）（r/min）
16~35
单根钻杆额定扭矩（KN·m）
钻杆直径（mm）
¢273
传动方式
动力头顶驱
总质量（t）
38
4.1.2水泥浆流量计及其他计量装置检查
水泥浆流量计等计量装置是否经过检校。
搅拌桩采用两搅两喷施工时，工艺流程图如下，采用四搅两喷时，应增加相应步骤。
场地平整
测量放样
喷浆搅拌至设计深度
钻机就位
喷浆、搅拌、提升
提升至停浆面
钻机移位
泥浆排泄处理
图1三轴搅拌桩施工工艺流程图
4.3水泥搅拌桩施工顺序
本工程采用业界领先的JB160步履式三轴桩机施工，在桩体施作顺序中采用套钻成孔施工，施工步骤为：
先施作编号为1的孔（搅拌成桩，然后进行编号为2的桩钻孔、搅拌、成桩。
编号为2的桩施作时间应在两边桩施作完12小时内进行，以保证咬合部分的浆体易于切削。
搅拌机在下沉过程和提升过程中注入
图2搅拌桩施工部序图
水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度。
水泥掺入量和水灰比、搅拌机下沉和提升速度是搅拌桩施工确保质量和顺利施工的重要指标，这些重要参数通过本次试验确定。
4.4搅拌桩施工方法
（1）、测量放线
根据坐标基准点，按设计图以及合理外放量放出桩位，设临时控制桩，填好技术复核单。
（2）、搅拌机就位
钻机定位前先开挖导沟，采用挖机开挖1200mm（宽）×600mm（深）沟槽，并人工清理沟槽内土体，为确保桩位提供导向装置。
在沟槽外侧测量定位控制桩根据桩位标志进行桩机定位，定位后桩机应平稳、平正，第一次施工时用全站仪器校准其垂直度，后续正常施工时用铅垂检查其垂直度。
图3搅拌桩搅拌施工示意图
（3）、搅拌及注浆速度
三轴搅拌机钻至土层设计桩底，开始提升。
在提升过程中注入水泥浆液，根据试桩制定的注浆参数，严格控制下沉和提升速度，在桩底部分重复搅拌注浆，并作好原始记录。
施工中可在水泥浆液中适当增加高效减水剂的掺量，以减少水泥浆液在注浆过程中的堵塞现象。
可掺入一定量的膨润土（2～5％），利用其保水性提高水泥土的变形能力，不致引起墙体开裂，对提高幕墙的抗渗性能很有效果。
搅拌方法见图3《搅拌桩搅拌施工示意图》。
（4）、成桩
待水泥搅拌桩达到一定硬化时间后，将沟槽回填压实。
为确保桩身强度和均匀性，施工过程中要求做到：
①严格控制按试桩相关参数配置浆液；
②土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，使原状土充分破碎有利于同水泥浆均匀拌和；
③浆液不能发生离析，水泥浆液严格按预定配合比制作，浆液停置时间不得超过2小时，防止灰浆离析，注浆前必须搅拌30秒再倒入存浆桶；
④压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层；
⑤发生管道堵塞，立即停泵处理，待处理结束后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后方能注浆，等10～20秒恢复向上提升搅拌，以防断桩。
（5）、检测
搅拌桩施工完成后，按设计要求的项目进行检测，确保施工质量符合设计和规范要求，水泥土无侧限抗压强度不小于1.2MPa。
五、试验部位、桩长和详细参数
在广播台站施工场地内选取有代表性地段进行三轴搅拌桩成桩工艺试验，根据本场地特点，在本场地内试桩里程无限制，建议取为YCK9+660右附近段，试桩桩位不应选择在设计桩位上。
和详细参数
试桩桩长内应包含止水帷幕深度范围内典型地质层，根据本场地特点，试桩桩长取为18m，已包含典型地质层杂填土、粉土、粉质粘土、细砂、中砂。
本次试桩根数取为3组（每组三根），各组主要相关试验参数设置如下
第一组：
（1）水泥参量180Kg/m3（180Kg/m3是指成桩1m3用水泥180Kg）；
（2）灰浆水灰比1.5，加设外参剂量：
减水剂0，膨润土30Kg/m3；
（3）四搅两喷；
（4）搅拌机喷浆搅拌下沉喷浆速度,提升喷浆速度，1.5m/min；灰浆泵压力等根据机器自身情况由机械工程师确定，要确保浆液流量和成桩速度匹配。
第二组：
（1）水泥参量240Kg/m3（240Kg/m3是指成桩1m3用水泥240Kg）；
（2）灰浆水灰比2.0，加设外参剂量：
减水剂0，膨润土30Kg/m3；
（3）两搅两喷；
（4）搅拌机喷浆搅拌；灰浆泵压力等根据机器自身情况由机械工程师确定，要确保浆液流量和成桩速度匹配。
第三组：
（1）水泥参量360Kg/m3（240Kg/m3是指成桩1m3用水泥240Kg）；
（2）灰浆水灰比2.5，加设外参剂量：
减水剂0，膨润土30Kg/m3；
（3）两搅两喷；
（4）搅拌机喷浆搅拌下沉和提升速度，m/min；灰浆泵压力等根据机器自身情况由机械工程师确定，要确保浆液流量和成桩速度匹配。
各组实验桩在达到设计强度后，应严格按照第七章相关质量要求进行检查，选取最合理的参数作为后续大批量施工的技术参数。
六、劳动力、机械设备配置
6.1主要机械配备
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
功率合计（KW）
1
三轴搅拌钻机
JB-160
台
1
160×1
3
挖机
1方
台
3
4
压浆泵
BW-200
台
2
15×2
5
散装水泥自动拌浆系统
套
1
45×1
6
备用压浆泵
BW-200
台
2
15×2
7
电焊机
BZ-500型
台
1
20×1
8
空压机
9m3
台
1
45×1
6.2人员配备
管理人员及其分工如下表所示
序号
职务
人员
主要职责
1
经理
熊建辉
试验总指挥
3
总工程师
赵瑞明
试验总技术负责
4
副经理
吴大奎
负责组织试验实施
穆明亮
负责组织试验实施
5
工程部
沈永林、李建华、付航、陆海云、韦茂秋、孙俪、张绍春。
试验技术负责
6
机物部
黄安义
负责试验物质供应和机电设备运转维护
7
安环部
万超明
负责本次试验的安全、质量、环保控制
8
合同部
顾森林、何德、张晶、黄奎
负责试验相关经济控制，工艺明确后，根据工艺制定三轴搅拌桩施工经济控制措施。
9
广播台站作业队
梅小龙
负责组织试验实施
牛东林
试验技术负责
10
其它人员
协助试验实施
施工人员配备如下表所示
序号
岗位名称
人数
1
前台指挥员
2
3
杂工
4
4
后台指挥员
2
5
挖机驾驶员
2
6
拌浆员
4
7
机修工
1
8
电工
1
前台指挥员负责向桩机驾驶员发出完成桩机移位、钻机定位、钻机下沉及提升、停止等一系列指令；杂工负责及时将搅拌桩沟槽内翻出的置换泥浆挖至沟槽边缘等；后台指挥员负责向拌浆、供浆人员发出开始拌浆、供浆及停止等一系列指令；挖机驾驶员负责开挖水泥土搅拌桩施工沟槽、清除沟槽内障碍物；拌浆员负责按设计要求配比拌浆、供浆；机修工负责设备运行前的检修、保养及运行过程中故障的及时排除；电工负责用电设备运行前检修、保养、接线、运行过程中故障排除及安全用电监督。
七、质量检验要求
搅拌桩施工主要检查项目应参照《TZ212-2005_客运专线铁路路基工程施工技术指南》、《JGJ_120-1999_建筑基坑支护技术规程》以及《基坑工程手册》中相关条款执行。
详见表8所示。
表8浆体喷射搅拌施工质量检验标准
浆体喷射搅拌施工允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
桩位（纵横向）
50mm
2
桩体垂直度
1%
3
桩长
不小于设计值
4
桩体有效直径
不小于设计值
5
单桩喷浆量，水泥用量，水灰比
参数指标
6
桩体无侧限抗压强度
不小于设计值
7
桩身完整性
满足设计要求
8
止水水帷幕渗透系数
小于1×10-7cm/s
9
搭接桩施工间歇时间
<12小时
基坑开挖期间基坑侧壁渗漏性情况检查复核搅拌桩的成桩质量。
八、试验成果提供
成桩试验完成后，提供的试验成果主要包含以下内容
序号
主要内容
通过试验确定的数据
备注
1
水泥参入量
2
灰浆的水灰比、外掺剂的掺量和种类（减水剂、膨润土）
3
搅拌机的下沉和提升速度
4
四搅两喷或两搅两喷
5
浆泵流量
要与成桩速度匹配
九、安全文明施工和环保措施
（1）、机电设备必须专人操作，工作时必须遵守操作规程，特殊工种（电工、焊工、吊车工和指挥工等）必须持证上岗。
（2）、现场电缆电线必须完好无损，有序地布设，各种电器控制必须设立二级
漏电保护装置，应具有安全用电作业方案。
（3）、电器、线路修理必须断电，并挂上禁示牌。
（4）、经常检查各种卷扬机械的钢丝绳的磨损程度及钢丝绳扎头紧固情况。
（5）、基槽开挖遇到地下不明管线，必须请示有关部门，不得擅自处理。
（6）、进入工地内的车辆均必须有专人指挥，慢速行驶至指定停靠点，所有工地内的车辆在装卸调头及进出场区均有专人看护指挥。
（7）、外露传动系统必须有防护罩。
（8）、桩机移动时应派人四面察看，专人保护电缆。
（9）、施工中产生的废料和废弃泥浆等应运至指定弃碴场倾倒，保护环境。
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