广东三轴搅拌桩在地铁盾构端头加固中的运用

PAGEPAGE14三轴深层水泥搅拌桩在xx地铁盾构区间端头加固中的运用中铁xx集团城市交通工程公司xxxx【摘要】xx站盾构到达端对地层以砂层为主，采用三轴深层水泥搅拌桩进行加固，通过前期试桩确定施工参数，能均匀、有效的对砂层进行加固，起到止水作用；该施工方法经济，高效。【关键词】三轴搅拌桩技术参数端头加固工程概况xx市轨道交通xx北延段施工9标盾构机吊出端xx站南端头，左右线洞口位于〈3-3〉、〈4-1〉软弱地层，砂层较厚，地下水丰富，需要进行端头地层加固处理。加固区域紧邻xx车站，在xx车站场地内施工，工作面比较狭窄，周边埋设军用光缆及通信光缆，xx车站正在施工，xx车站和端头加固双方施工干扰较大。2、施工总体部署2.1施工目的盾构机在到达端洞门时，工作面将处于开放状态，这种开放状态将持续较长时间。如果对洞顶地层加固不到位，就会造成突涌水、地面塌陷等现象，严重时会引起洞门破坏车站结构和盾构机的安全，而xx站盾构吊出端头，地质显示，洞身和隧道顶砂层等不良地质，盾构出洞风险极大，因此端头加固工作极为重要。2.2施工方案该端头原设计为三重旋喷桩+一排素砼连续墙加固，加固体长度10m，宽度25米，经成本核算需要投资约1100万元，且工期长，通过经济和加固质量选比，和考虑工期紧、施工场地狭窄等因素，结合南京、苏杭、上海、天津等软土地层三轴搅拌桩加固的成功经验。xx站端头采用φ850mm密排咬合250mm三轴深层水泥搅拌桩加固的方法，加固范围从xx车站围护结构纵向10米、横向25米，桩底达到〈7〉地层顶端，隧道顶部及底部3米范围内为强加固区，隧道顶2.3施工工期安排端头加固拟投入1套三轴搅拌桩机设备，端头施工时间及工期安排如下表：xx站到达南端头加固进度计划表1工程项目进度指标（米/天）工天工期安排备注场地平整12008.9.4机械进场52008.9.5试钻进120089.9.13搅拌桩施工168272008.10.10机械退场22008.10.11清理场地12008.10.13盾构到达端头加固工期安排表2加固地点进场时间退场时间工期（天）xx站端头20020035资源配置3.1人员配置现场组织机构人员具体分工如下表所示。在施工中应各司其职，认真负责，相互协作。人员配置表表3序号职务、职责人数(人)备注1现场管理人员21名现场负责人1名专业工程师2三轴深层搅拌桩施工18一组两班设机长一名3共计20现场主要管理人员名单表4序号姓名职务职责备注1副总工全面主管现场施工工作2工程部长全面主管现场技术工作3测量班长负责现场测量放样工作4技术员负责现场交底、值班工作5xxxx工程师负责现场施工质量控制工作3.2施工机械配置端头加固施工设备表表5设备名称产品型号数量用途三轴深层搅拌设备ZKD85A-31套深层搅拌桩施工三轴搅拌桩机主要性能参数表表6钻孔直径850mm钻杆直径273mm钻杆间距600mm钻杆扭矩中30.6/外23.9最大钻孔深度30M电机2*90KW施工方案4.1总体方案根据工程地质及水文情况，xx站到达南端头采用φ850mm密排咬合250mm三轴搅拌桩加固。加固范围为：纵向为围护结构外侧10m范围，横向为25m。加固深度：桩底达到〈7〉地层顶端，其中隧道顶部及底部3米范围内为强加固区，隧道顶3米以上至地面范围为弱加固区。具体的加固方案、加固参数见下图1加固范围图盾构到达端头加固方法表7端头位置隧道地层情况隧道上部覆土性质覆土厚度加固方法xx站南端端头<3-1>粉细砂层、<4-1>粉质粘土层<3-3>砾砂层2φ850mm密排咬合250mm三轴搅拌桩4.2xx站南端头加固施工4.2.1xx站南端头（盾构到达端）地质及地下水文情况主要地层情况表表8层号地层名称颜色特征描述水文情况厚度（m）<3-1>粉细砂层灰黄色松散、饱和、质较纯，含少量粉砂及粘性土。地下稳定水位2.88m，渗透系数3.7<3-3>砾砂层灰色松散-稍密、饱和、质较纯，含少量中粗砂及粘性土。渗透系数为30m/d10.4<4-1>粉质粘土层灰黄色可塑、冲积-洪积而成。以粘粒为主、质较纯、含少量细、粉砂。渗透系数为0.005m/d4.14.2.2施工方法根据本端头地质与地下水文情况，端头隧道范围内地层为冲积-洪积砾砂层，具有强透水性，隧道埋深为10.281m，拟采用φ850mm密排咬合250mm三轴深层搅拌桩进行端头加固施工。三三轴深层搅拌桩施工5.1技术参数选择为了保证施工质量，施工中必须加强主要技术参数的控制，并要求在施工现场做到挂牌施工。施工前要进行试桩来确定主要技术参数以满足施工要求，初步拟定深层搅拌桩主要技术参数见下表。三轴搅拌桩施工主要技术参数表表9序号技术参数项目参数指标1水泥掺入比22%2供浆流量230L3浆液配比水：水泥=1:14泵送压力0.8～1.2Mpa5下沉速度<100cm6提升速度<807搅拌方式四搅四喷828天无侧限抗压强度≥0.8Mpa9水泥浆的比重1.50～1.5510搅拌速度两边搅拌头：26.0中间搅拌头：14.5单位：rpm/min11每方被搅土体水泥用量3965.2.施工工艺流程三轴深层搅拌桩施工工艺流程见下图图2三轴搅拌桩机构筑导墙构筑导墙水泥材质检验水泥材质检验设置机架移动导轨设置机架移动导轨报监理工程师报监理工程师三轴搅拌机定位三轴搅拌机定位水泥浆拌制水泥浆拌制报监理工程师报监理工程师制作试块制作试块搅拌、提升、喷浆残土处理搅拌、提升、喷浆残土处理施工完毕施工完毕图3三轴深层搅拌桩施工工艺流5.3施工方法5.3.1施工场地平整施工前，必须先进行施工区域内的场地平整，清除表层硬物，素土须夯实。地基承重荷载以能行走160T步履带桩架为准，为确保安全，在任何路基上桩机负重及行走须在路基箱上进行。按照桩位平面布置图，确定合理的施工顺序及配套机械、水泥等材料的堆放位置。5.3.2桩位放样根据提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。5.3.3导槽施工导槽深度1m，采用EX-300挖掘机机械开挖，见右图。图4导槽示意图5.3.4三轴深层搅拌桩钻进施工施工时成桩的顺序见三轴钻进施工步骤图。图中阴影部分为重复套钻，以保证墙体的连续性和接头的施工质量。钻进的施工步骤如下：图5图5三轴钻进施工步骤图⑴桩位放样:根据业主提供的坐标基准点，由现场技术人员放出桩位，施工过程中桩位误差必须小于20mm。三轴搅拌桩采用单侧挤压式搭接，搭接250mm，因此桩心距为18⑵桩机就位①移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度达到3‰以内。桩机移位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，发现障碍物应及时清除，桩机移动结束后认真检查定位情况并及时纠正。②桩机应平稳、平整，每次移机后可用水平尺或水准仪检测桩机平台的平整，并用线锤对立柱进行垂直定位观测以确保桩机的垂直度，并用经纬仪经常校核，经纬仪检测频率为每天至少一次，必要时请专业监理工程师到现场复测。③三轴搅拌桩桩机定位后再进行定位复核，偏差值应小于2cm。④工程实施过程中，严禁发生定位桩及定位线移位，一旦发现挖机在清除导槽沟时碰撞定位桩及定位线使其跑位，立即重新放线，严格按照设计图纸进行施工。5.3.5桩机垂直度校正桩架垂直度指示针可调整桩架垂直度，并用线锤经纬仪进行校核。在桩架上焊接一半径为5cm的铁圈，10m高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在3‰内。5.3.6桩长控制标志搅拌桩桩长控制很重要，施工前应在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长，当桩长变化时擦去旧标记，做好新标记。5.3.7水泥浆液拌制水泥采用试验合格的P.O32.5水泥，水泥浆在搅拌桶中按规定的水灰比配制拌匀后排入存浆桶，再由2台泥浆泵抽吸加压后经过输浆管压至钻杆内注浆孔。为了保证供浆压力，供浆平台距离施工地点50米左右为宜。水泥浆液的比重严格控制在1.50～1.555.3.8桩机钻杆下沉与提升按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液。钻杆下沉速度不大于1m/min，提升速度不大于0.8m/min，现场设专人跟踪检测、监督桩机下沉、提升搅拌速度，可在桩架上每隔1m5.3.9注浆、搅拌、提升开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，在桩底部分适当持续搅拌注浆至少1分钟，确保水泥土搅拌桩底与土体充分搅拌均匀，达到较高的强度，并做好每次成桩的原始记录。按计算要求的速度提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直至提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵。搅拌桩桩体应搅拌均匀，表面要密实、平整。桩顶凿除部分的水泥土也应上提注浆，确保桩体的连续性和桩体质量。5.3.10三轴搅拌桩的咬合施工三轴搅拌桩的搭接以及成形搅拌桩的垂直度补正是依靠搅拌桩单孔重复套钻来实现的，以确保搅拌桩的端头加固作用。三轴搅拌桩采用单侧挤压式搭接250mm施工。5.4质量控制要点施工中除了加强施工参数的控制外，主要从以下几个方面进行质量控制。⑴垂直度：根据要求，基坑围护结构允许垂直度偏差必须控制在3/1000以内，对桩位放样、桩机垂直度校正都必须严格控制，按照规范要求进行施工。⑵水泥用量：水泥掺入量22%，水泥掺入量的大小直接影响到端头加固的强度是否满足设计要求，在施工中要求均匀、连续的注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。⑶搅拌水泥土的均匀性：为了达到搅拌水泥土的均匀混合，开动灰浆泵待水泥浆液到达搅拌头时，边注浆、边搅拌、边提升（下沉），使得水泥浆和原地基土充分拌和，提升到桩顶设计标高后再关闭灰浆泵。⑷施工深度：施工中必须严格控制，利用桩机钻杆长度以及型钢顶标高来控制。⑸搅拌桩的咬合施工：三轴搅拌桩搭接施工以是依靠搅拌桩搭接250mm重复套钻来实现的，为保证端头加固的作用，采用单侧挤压式施工。5.5施工要点⑴开机前必须探明和清除一切地下障碍物，须回填土的部位，必须分层回填夯实，以确保桩的质量。⑵桩机行驶路轨和轨枕不得下沉，桩机垂直偏差不大于3‰。⑶采用标准水箱，按设计要求严格控制水灰比，水泥浆搅拌时间不少于3min，滤浆后倒入集料池中，随后不断的搅拌，防止水泥离析压浆应连续进行，不可中断。搁置时间超过2h以上的拌制浆液作为废浆处理，不得再用。⑷严格控制注浆量和提升速度，防止出现夹心层或断浆情况。⑸桩与桩须搭接的工程应注意下列事项：①桩与桩搭接时间不应大于24h。②如超过24h，则在第二幅桩施工时增加注浆量20%，同时减慢提升速度。③如因相隔时间太长致使第二幅桩无法搭接，则在设计认可下采取局部补桩或注浆措施。④凡是由于电压过低或其他原因造成停机使成桩工艺中断时，应将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，等恢复喷浆时再喷浆提升继续制桩，凡中途停止输浆3h以上者，将会使水泥浆在整个输浆管路中凝固，因此必须排清全部水泥浆，清洗管道。5.6质量标准（1）施工过程必须严格控制跟踪检查每根桩的水泥用量、桩长、搅拌头下降和提升速度、浆液流量、喷降压力、成桩垂直度、标高等。（2）在成桩过程中对水泥土取样，制成标准试块。取样数量为每台班每机架一组，每组6块。（3）搅拌桩桩体在达到龄期28天后，应钻孔取心测试其强度，其抗压强度不应小于0.8Mpa，钻孔取芯率应大于90％。（4）在开钻前应先进行3幅桩试钻，根据试钻情况及时调整设计参数，以满足施工要求。5.7常见问题及处理措施5.7.1⑴原因分析①水泥受潮结块②制浆池滤网破损以及清渣不及时⑵预防和处理措施①改善现场临时仓库的防雨防潮条件②加强设备器具的检查及维修保养工作，定期更换易损件。5.7.2⑴原因分析①输浆管有弯折、外压或漏浆情况②输浆管道过长，沿程压力损失增大⑵预防和处理措施①及时检查、理顺管道，清除外压，发现漏浆点应进行补漏，严重时可停机换管。②制浆池尺量布置靠近桩位，以缩短送浆管道。当场地条件不具备时，可适当调增泵送压力。5.7.3施工过程中一旦出现意外情况导致施工冷缝的产生必须采取在冷缝处搅拌桩外侧补搅素桩，以此确保将来基坑开挖时不出现大量渗水现象。5.8检验标准水泥土搅拌桩质量检验标准项目序号检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1水泥及外掺剂质量设计要求查产品合格证书或抽样送检2水泥用量参数指标查看流量计3桩体强度设计要求按规定办法4地基承载力设计要求按规定办法一般项目1机头提升速度m/min≤0.8量机头上升距离及时间2桩底标高mm±200测机头深度3桩顶标高mm+100水准仪-504桩径＜0.04D用钢尺量5桩位偏差mm＜50用钢尺量6垂直度%＜0.3经纬仪端头加固效果的检测6.1检查内容（1）加固体强度。（2）加固体整体性、均匀性。（3）加固体中地下水含量情况。6.2检查方法6.2.1强度检查在每个端头进行不少于两个点的钻芯取样，点位主要选在搅拌桩的咬合部位进行钻芯，测定其强度，芯样的采集率应大于90％，其无侧限抗压强度达到0.8Mpa以上为合格。图7图7洞门检查孔平面布置图图6三天取芯芯样6.2.2地下含水量检查在洞门范围内钻9个水平孔，孔径8cm，钻深为1m。根据9个孔的出水量判别，如果出水量超过限值，就要看情况重新进行加固，或者在端头设降水井以降低端头水位。检查孔平面布置如上图。端头加固总体质量保证措施（1）施工前要检查水泥及外掺剂的质量、桩位、搅拌机工作性能及各种计量设备的完好程度（主要是水泥浆流量计及其他计量装置）。（2）开工前及时进行土样试验、水泥试验和水泥土比例试验，并可根据工期要求、现场土质情况添加外加剂（三乙醇胺早强剂含量约为水泥量的0.05%），由此确定每米的喷浆量，做3幅工艺性试验桩，以掌握该施工场所的各种制桩技术参数，如含浆量、钻进速度钻杆提升速度等，试验结果经监理工程师批准后作为工程桩的施工依据，并及时向施工人员进行技术交底。（3）施工中根据工程要求召开质量专题会议，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥及其他材料。（4）控制钻头下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度都得到充分搅拌，严格按要求进行复拌。（5）随时检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量评定，不合格的桩根据具体情况采取补救措施。（6）水泥搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，施工中必须随时检查施工记录和计量记录。重点检查水泥用量、桩长、搅拌头提升速度、复搅次数和搅拌深度、停浆处理方法等。（7）选取一定数量的桩体开挖，检查桩体外观质量、搭接质量和整体性。（8）注浆参数应即时根据第一次试注的情况调整，以达到最佳的加固效果。（9）浆液的初凝时间应根据地基土质条件和注浆目的确定。浆液的初凝时间宜为5-20min。（10）注浆应采用跳孔间隔注浆方式进行，先外围后内部的方法。（11）浆体应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始压注，并应在注浆过程中不停缓慢搅拌，搅拌时间应小于浆液初凝时间。浆液在泵送前应经过筛网过滤。安全施工措施（1）建立有效的安全管理组织，形成以项目管理班成员共抓、安全员主管、各作业组认真落实，并定期检查整改的良性运行体系。（2）严格遵守执行各项安全生产规章制度，各项安全操作规程挂牌，定期教育检查，违章从重处罚。（3）工作开工前要对全体施工人员进行岗前安全教育培训，在每天早上开工前对工人做班前安全教育讲话，做好机电设备运行前的检查。开工后安全员每天检查安全组织实施情况，经常检查考核，及时排除事故隐患。（4）进入施工现场必须戴安全帽，严禁穿拖鞋；特殊工种必须持证上岗，严禁无证作业；严禁酒后上岗，上班时作业认真，严禁嬉笑、打闹。（5）开钻前应提前查明地下管线及地下建（构）筑物，