止水帷幕三軸攪拌樁遇鐵板砂層施工工藝改進(jìn)

甄孟芹

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司,河北 涿州 072750）

三軸攪拌樁廣泛運(yùn)用于基坑支護(hù)和地基加固領(lǐng)域，具有施工效率高、適用土層范圍廣、樁身均勻性好、樁體強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。其原理采用三軸攪拌樁機(jī)械在土層深部就地將水泥和土強(qiáng)制攪拌（兩軸同向旋轉(zhuǎn)噴漿與土拌合，中軸逆向高壓噴氣在孔內(nèi)與水泥土充分翻攪拌合），利用土和水泥水化物間的物理化學(xué)作用，形成有一定強(qiáng)度的水泥土固結(jié)體，從而改善土的強(qiáng)度、透水性、承載力等特性。地鐵車站施工屬于深基坑作業(yè)，雙層車站廣泛使用三軸止水帷幕加混凝土灌注樁作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

一、工程概況分析

（一）工程實(shí)際情況

鄭州市處于黃河沖擊平原的區(qū)域，地下含有砂層，鄭州地鐵5號(hào)線05標(biāo)心怡路站設(shè)置在盛和街與陳莊街交叉口處，為地下雙層島式車站，基坑深度約16.69m（中心里程處）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)由鉆孔灌注樁加三軸攪拌樁止水帷幕組成，加固采用三軸攪拌樁。心怡路站三軸攪拌樁樁徑為Φ850，樁中心間距600mm，三軸攪拌樁止水帷幕孔深約34m，樁底標(biāo)高53.01m，心怡路站共計(jì)873根。設(shè)計(jì)勘探圖紙顯示埋深約8-25米為鐵板砂層，施工過(guò)程中可在水泥漿中加入5%膨脹土，以增加護(hù)壁效果，保證三軸鉆進(jìn)。

（二）工程施工工藝流程

在進(jìn)行測(cè)量放樣、開(kāi)挖溝槽等準(zhǔn)備工作之后，施工需根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將配合比設(shè)計(jì)為水泥采用標(biāo)號(hào)32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥，水泥摻入比為18%～20%。而Φ850三軸水泥攪拌樁下沉和提升速度，鉆進(jìn)攪拌速度一般在1m／min，提升攪拌速度一般在2.0m／min。具體的施工工藝流程圖如圖1。

二、止水帷幕三軸攪拌樁遇鐵板砂層施工工藝問(wèn)題分析

開(kāi)鉆后，鉆進(jìn)正常，平均每1-2min鉆進(jìn)1m（地處回遷區(qū)，地表4m左右有回填建筑垃圾），鉆進(jìn)至9m左右時(shí)，鉆進(jìn)遇鐵板砂層后受阻，幾乎停滯鉆進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，鉆進(jìn)受阻后第一個(gè)鉆進(jìn)1m為2小時(shí)，其后的鉆進(jìn)直至25m左右鐵板砂層結(jié)束，僅僅15m的深度持續(xù)鉆進(jìn)近30小時(shí)，鉆進(jìn)速度嚴(yán)重不符合常規(guī)速度及設(shè)計(jì)要求。

鉆進(jìn)過(guò)程中首先為防止砂層抱死鉆頭，使鉆機(jī)一直處于攪拌、鉆進(jìn)的狀態(tài)，接著根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，在水泥漿里添加2%-5%膨脹土（依次實(shí)驗(yàn)摻入量的效果），經(jīng)實(shí)驗(yàn)幾乎沒(méi)有任何效果，鉆進(jìn)速度沒(méi)有提升。待到鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高體鉆后觀察其合金鉆頭嚴(yán)重磨損，無(wú)法正常使用。

圖1 施工工藝流程圖

三、止水帷幕三軸攪拌樁遇鐵板砂層施工工藝的改進(jìn)措施

鉆進(jìn)期間，咨詢?cè)O(shè)計(jì)單位與公司技術(shù)專家針對(duì)當(dāng)前出現(xiàn)的相關(guān)施工狀況進(jìn)行探討與研究，尋找改進(jìn)鉆進(jìn)方案及工藝。第一，設(shè)計(jì)方提出加強(qiáng)鉆進(jìn)過(guò)程中水泥漿護(hù)壁作用，使得砂層在被鉆頭翻動(dòng)翻起后不能立即下沉包裹鉆頭；第二，三軸操作班組提出，既然鉆頭磨損嚴(yán)重，說(shuō)明鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中受力很大，可以嘗試稍微改變鉆頭角度或在鉆頭上加綁鋼筋等方式，以加大鉆頭強(qiáng)度及抗磨損度。對(duì)于其二建議，公司專家給予肯定，同時(shí)建議尋找替代鋼筋物品。針對(duì)這兩種建議，對(duì)鉆頭進(jìn)行稍微改裝，即加綁Φ28螺紋鋼筋，及在水泥漿內(nèi)改加2% -5%的膨潤(rùn)土。準(zhǔn)備完成后，進(jìn)行第二組樁位鉆進(jìn)（為實(shí)驗(yàn)鉆進(jìn)），鉆進(jìn)至鐵板砂層后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，鉆進(jìn)速度可以達(dá)到每1-1.5小時(shí)1m，比未改進(jìn)前有明顯改變，說(shuō)明改進(jìn)的工藝方案有效果。

改進(jìn)工藝得到認(rèn)證的同時(shí)，立即咨詢相關(guān)攪拌機(jī)生產(chǎn)廠家，希望購(gòu)得強(qiáng)度更高、效果更好的鉆頭，廠家答復(fù)出廠全部為合金鉆頭，并沒(méi)有所謂的復(fù)合鑲齒型鉆頭。得到答復(fù)后派專人進(jìn)行市場(chǎng)走訪調(diào)查，購(gòu)得相應(yīng)可輔助鉆進(jìn)的材料替代螺紋鋼筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖示2：

圖2 斗齒（小型挖機(jī)斗齒）和加裝斗齒后的鑲齒型鉆頭

圖示為鋼斗齒，常用于挖掘機(jī)、裝載機(jī)斗齒。加焊斗齒后，同時(shí)配膨潤(rùn)土在水泥漿內(nèi)，鉆進(jìn)速度明顯提升。在多次實(shí)驗(yàn)膨潤(rùn)土摻入量及斗齒焊接角度后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集，三軸攪拌樁在鐵板砂層的鉆進(jìn)速度最終穩(wěn)定在每15-20min鉆進(jìn)1m。同時(shí)，鑲齒的磨損度也很高：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，平均在完成4-5幅樁鉆進(jìn)時(shí)，因與砂層的過(guò)度摩擦，三軸攪拌機(jī)鉆頭上的鑲齒被磨損掉近1/4的長(zhǎng)度，進(jìn)而影響三軸攪拌機(jī)鉆頭上鑲齒的功效，繼續(xù)使用會(huì)導(dǎo)致鉆進(jìn)速度也嚴(yán)重下降。在實(shí)際施工過(guò)程中，按4-5幅三軸攪拌樁完成后進(jìn)行鉆頭鑲齒更換，最后保證施工的進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)性。

因鉆進(jìn)速度和提鉆速度都異于三軸攪拌機(jī)的正常數(shù)據(jù)，同時(shí)屬于隱蔽工程，施工中對(duì)按改進(jìn)工藝施工的三軸攪拌樁止水帷幕進(jìn)行鉆芯取樣，目測(cè)芯體整體完整性較好，鐵板砂層處芯體完整性在80%左右，滿足止水帷幕技術(shù)要求。

四、施工工藝的改進(jìn)建議分析及實(shí)際效果

（一）在水泥漿內(nèi)加3%-4%的膨潤(rùn)土，利用膨潤(rùn)土優(yōu)良的分散性和膨脹性，高造漿率、低失水量及膠體性能和剪切稀釋能力，更有效地增加水泥漿護(hù)壁作用，加強(qiáng)水泥漿浮力，減少砂層快速下沉對(duì)鉆頭的包裹。

（二）加焊鉆頭時(shí)需稍微改變其角度，并不與原件合金鉆頭平行，合金鉆頭與地面角度約為45度，剛斗齒調(diào)整為約50度，加強(qiáng)斗齒翻動(dòng)力，翻動(dòng)砂層后同時(shí)利用水泥漿的浮力減少砂層下沉，達(dá)到快速鉆進(jìn)的效果。

五、施工工藝完善措施

（一）對(duì)施工工藝進(jìn)行完善

在對(duì)施工工藝進(jìn)行完善的過(guò)程中，應(yīng)明確具體的工作內(nèi)容與注意事項(xiàng)，并根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際發(fā)展需求，創(chuàng)新工作形式，保證各方面技術(shù)的應(yīng)用效果。

1.對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整

在開(kāi)展攪拌樁施工工作之前，需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，清潔施工區(qū)域，保證表面不會(huì)出現(xiàn)塵土與雜草。在清理相關(guān)物體之后，要利用碎石開(kāi)展回填工作，對(duì)其進(jìn)行夯實(shí)，然后使用樁機(jī)車輛對(duì)其進(jìn)行處理，鋪設(shè)鋼板材料與路基箱材料，確保樁機(jī)車輛運(yùn)行的安全性與可靠性。

2.開(kāi)展測(cè)量放樣工作

在對(duì)工程坐標(biāo)基點(diǎn)進(jìn)行分析的過(guò)程中，可以根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙的要求開(kāi)展測(cè)量放樣工作，在圖紙分析與協(xié)調(diào)的過(guò)程中，獲取良好的測(cè)量成果，提升定位工作準(zhǔn)確性。同時(shí)，還要做好相關(guān)標(biāo)志的處理工作，使用挖掘機(jī)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖處理。

3.對(duì)探槽與溝槽進(jìn)行開(kāi)挖處理

在開(kāi)挖探槽期間，需在施工之前，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與處理，然后根據(jù)樁位的實(shí)際放樣要求等，完成開(kāi)挖探槽等工作，明確管線的具體擺放位置。在開(kāi)挖溝槽的過(guò)程中，需要在明確管線位置之后，在沒(méi)有管線的區(qū)域使用挖掘機(jī)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖處理，以便于清除地下區(qū)域存在的障礙物。在施工期間，應(yīng)將中心線作為主要的內(nèi)容，明確三軸攪拌水泥土墻的中心軸線，將溝槽的寬度控制在1米左右。

4.對(duì)攪拌樁機(jī)進(jìn)行拼裝處理

相關(guān)部門可以根據(jù)工程建設(shè)施工要求，合理選擇機(jī)械設(shè)備的型號(hào)，根據(jù)樁基深度與尺寸等對(duì)其進(jìn)行處理。一般情況下，在選擇樁機(jī)設(shè)備型號(hào)的過(guò)程中，需明確其高度與組合特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際要求對(duì)其進(jìn)行處理，保證樁機(jī)的型號(hào)與質(zhì)量符合規(guī)定。

5.樁機(jī)到位管理

工長(zhǎng)要對(duì)樁機(jī)到位管理工作進(jìn)行統(tǒng)一指揮，在機(jī)械設(shè)備移動(dòng)的過(guò)程中能夠保證其穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，使用自帶儀表進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)緯度或是垂直度方面存在的問(wèn)題，采取有效措施解決問(wèn)題，發(fā)揮檢測(cè)工作的積極作用。

6.三軸攪拌樁孔的定位處理措施

在定位期間，可以在攪拌機(jī)上面設(shè)置兩個(gè)線錘，然后利用垂線對(duì)其進(jìn)行處理，將鉆桿與垂線的距離控制在100cm左右，在對(duì)導(dǎo)溝進(jìn)行開(kāi)挖之后，就要利用標(biāo)記的方式對(duì)其進(jìn)行處理，保證中心線的處理效果。

7.攪拌下沉處理措施

在攪拌下沉工作中，可以先對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，然后對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行放松處理，使得攪拌頭能夠從上到下對(duì)土進(jìn)行切除與攪拌，使鉆頭保持穩(wěn)定。

（二）對(duì)三軸攪拌樁的漿液進(jìn)行全面配比

為了保證攪拌漿液的強(qiáng)度與使用價(jià)值，在實(shí)際配比的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)工程的建設(shè)要求等，創(chuàng)新管理形式，保證各方面工作效果。

1.調(diào)整漿液

在對(duì)漿液進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中，應(yīng)明確水泥漿的水灰比，保證其強(qiáng)度符合相關(guān)規(guī)定。在了解工程特點(diǎn)之后，總結(jié)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，將水灰比控制在一定范圍內(nèi)，保證可以滿足實(shí)際發(fā)展方面的需求。在對(duì)相關(guān)水泥土進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的管理與控制。

2.對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整

在調(diào)整施工參數(shù)的過(guò)程中，需根據(jù)三軸攪拌樁機(jī)的實(shí)際情況開(kāi)展施工工作，保證水泥的參合量在21%左右，樁身的垂直度在0.5%以下。同時(shí)，在對(duì)其配合比進(jìn)行管理與控制的過(guò)程中，需要對(duì)水泥材料進(jìn)行合理的選擇，可以使用標(biāo)號(hào)42.5的硅酸鹽水泥材料對(duì)其進(jìn)行處理，保證可以滿足施工質(zhì)量的要求。

在我國(guó)實(shí)際發(fā)展的過(guò)程中，三軸攪拌樁遇板砂層施工工藝的改進(jìn)較為成功，已經(jīng)通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，得到不同的配比結(jié)論與工藝技術(shù)。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，加快了三軸攪拌樁遇板砂層鉆進(jìn)速度，以便于在后續(xù)施工期間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及總結(jié)的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，提升施工工作可靠性與有效性，滿足實(shí)際施工進(jìn)度的需求，達(dá)到預(yù)期的施工目的。對(duì)比實(shí)驗(yàn)前后施工成本費(fèi)用消耗，改進(jìn)后的施工工藝在人工、機(jī)械、材料及施工用電等方面都很大程度地節(jié)約施工成本，為項(xiàng)目整體增值。

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