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三轴搅拌桩施工工艺北京建工济南市轨道交通R3线六标段项目经理部目录搅拌桩施工流程及设备简介1SMW工法桩2问题处理3质量控制41.1三轴搅拌桩简介定义：三轴搅拌桩是长螺旋桩的一种，桩机同时有三个螺旋钻孔，施工时三条螺旋钻孔同时向下施工，一般用于地下连续墙工法使用，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。作用：三轴搅拌桩在基坑围护工程起到重要的作用，一种中间不插型钢，只作为止水用，如需挡土应与其他工艺结合应用；一种是搅拌桩桩体内插H型钢（俗称SMW工法）既可以起到止水亦可以作挡土墙，适用于挖深较浅的基坑。1.1三轴搅拌桩简介优点：三轴搅拌桩与其他支护形式的桩相比，施工速度快，每幅成桩时间约30-40分钟（24小时可完成60m左右）；成桩后止水效果显著；机械自动化控制，操作程序简单；人工投入少，施工成本低；并且三轴搅拌桩由于沟槽开挖完成后即可进行施工，现场不需要泥浆池，施工现场安全文明有保障。插入型钢后三轴搅拌桩既起到止水又起到支护作用；同时型钢可以回收利用。缺点：三轴搅拌机械及附属设施安装时间需要10天左右，而此机械及附属设施需要工作场地较大，所需水泥储存量大，同时用电量大，一台500Kw的变压器只能供应一台三轴搅拌机的运转。三轴的施工也需对地质情况进行考虑，适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。1.2三轴搅拌桩施工方法水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度，但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。常见以湿法为主。湿法与干法的选择以地勘报告提供的土含水率和施工现场环境决定。1.3桩机该项工法要求对施工设备进行选型，选型的主要依据是桩深、桩截面形状和尺寸等，通常要确定的内容包括：桩机型号、桩架高度、加接次数、钻杆组合等。一般能够进行超深三轴搅拌桩施工的桩机为120m以上液压履带式桩机，桩架的高度一般为18m、24m、27m和33m。根据技术要求对桩架、电机和钻杆进行组装，组装要求至少需要有40m×20m的场地，并需要吊车配合施工。1.3桩机三轴搅拌机三个钻头，两边两个进行浆液输送，中间一个为气孔，主要作用松动土体，防止翻浆，保证土体与水泥充分搅拌均匀。而且落钻时两边钻头正旋转，中间钻头反旋转。起钻时两边钻头反旋转，中间钻头正旋转。这样可以充分保证水泥浆液与土体充分搅拌均匀，减少气泡的存在，避免桩体沉降。一号注浆孔气孔（提升时喷浆）二号注浆孔1.4附属设施一台三轴搅拌机昼夜施工约用水泥72t，现场需储备足够水泥量以保证施工不中断水泥搅拌池水泥储存池1.5桩机各设备使用功率序号设备名称规格型号额定功率（kw）配备数量合计（kw）备注1泥浆泵152302下搅拌桶7.517.53上搅拌桶151154螺旋输送泵112225空压机（大）55155独立，提供气压6空压机（小）414后台搅拌系统气动用7抽水泵414后台搅拌系统清洗用8清水抽水泵11111施工用水抽水水泵9主卷扬4514510钻杆ZKD65-3（Φ650）9019011钻杆ZKD65-3B（Φ650）110111012钻杆ZKD85A-3（Φ850）180118013钻杆ZKD85B-3（Φ850）2251225总计：（1～9）+10283.5总计：（1～9）+11303.5总计：（1～9）+12373.5总计：（1～9）+13418.51.6三轴搅拌桩施工准备三轴搅拌桩水泥浆浆液配合比必须提前报当地建筑工程质量检测中心进行验证，验证结果符合设计文件要求并报监理验收同意后方能开始施工。开工前组织技术人员学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和技术标准。制定施工安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行安全技术交底，对参加施工人员进行上岗前培训，考核合格后持证上岗。三轴搅拌桩桩机进场后必须经当地建筑工程检测中心检测合格后报当地安监部门备案并报监理验收，相关仪器仪表必须经当地计量检测单位检测合格后报监理验收，监理验收合格后方能施工。1.7三轴搅拌桩施工流程图清除地下障碍物平整场地定位放线开挖沟槽搅拌机就位，校正复核桩机水平和垂直度开启空压机，送浆至桩机钻头钻头喷浆、气并切割土体下沉至设计桩底标高水泥浆配制压浆注入施工完毕下一施工循环钻头喷浆、气并提升至设计桩顶标高至桩底标高后停留搅拌提升5m复搅搅拌机架设1.8三轴搅拌桩导槽施工根据桩位控制线，开挖导槽，并清除地下障碍物，导槽尺寸要求中心线两侧宽各0.6m，深1～1.5m，在施工中随打随挖，保证浆液不外溢，挖出的废浆液存放在现场指定空地，等施工结束后进行外运，达到文明施工要求。1.9三轴搅拌桩施工工艺1.场地平整：清除一切地面和地下障碍物，场地低洼处先抽水和清淤，分层夯实回填粘性土，必要时可以掺拌石灰和水泥，确保桩机站位处地基稳定。2.桩位布置：按设计图排列布置桩位，在现场用全站仪定出每根桩的桩位，并做好标记，每根桩的桩位误差±50mm。放样后做好测量技术复核单，报监理复核验收，确定无误后方可施工。1.9三轴搅拌桩施工工艺3.桩机就位：搅拌桩机到达作业位置，由当班机长统一指挥，移动前仔细观察现场情况，确保移位平稳、安全，待桩机就位后，用吊锤检查调整钻杆与地面垂直角度，确保垂直度偏差不大于1%。在桩机机架上画出以米为单位的长度标记，以便钻杆入土时观察、记录钻杆的钻进深度，确保搅拌桩桩长不少于设计桩长。4.备制水泥浆：按成桩工艺试验确定配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入储浆桶中，制备好的水泥浆滞留时间不得超过2小时。1.9三轴搅拌桩施工工艺5.预搅下沉：启动喷浆机，放松卷扬机钢丝绳，使浆喷桩机沿导向架自上而下浆喷切土下沉，开启灰浆泵同时喷浆，边喷浆边旋转，使水泥浆和原地基土充分拌合，直到下沉钻进至桩底标高，并原位喷浆30S以上。6.提升喷浆搅拌：确认浆液已到桩底时，以试验确定的速度提升搅拌钻头，边喷浆边旋转，提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵，在原位转动喷浆30s，以保证桩头均匀密实。1.9三轴搅拌桩施工工艺7.重复上、下搅拌：喷浆机提升到设计桩顶标高时，为使软土和水泥浆浆液均匀，再次将浆喷机边旋转边沉入土中，到设计加固深度后再将浆喷机提升至地面。8.提钻，转移：将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，填写施工旁站记录，桩机移位并校正桩机垂直度后进行下一根桩施工。1.10三轴搅拌桩施工顺序三轴搅拌桩施工顺序如下图，其中阴影部分为重复套钻，保证止水帷幕的连续性和搭接的施工质量，水泥土搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度补正是依靠重复套钻（搭接250mm）来保证，以达到止水的作用。三轴搅拌桩施工顺序采用单侧跳打施工方式（注：搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过16小时）。施工顺序1施工顺序2施工顺序4施工顺序6施工顺序3施工顺序5施工顺序72501.10三轴搅拌桩施工顺序除单侧跳打施工方式外，三轴搅拌桩施工还有单侧挤压施工方式，见下图。当施工条件受到限制，桩机无法来回行走，采用此施工顺序。施工顺序1施工顺序3施工顺序5施工顺序7施工顺序2施工顺序4施工顺序62501.11三轴搅拌桩钻进及提升三轴搅拌桩桩身采用两喷两搅施工工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，下沉和提升过程中均为喷浆搅拌，同时严格控制下沉和提升速度。下沉速度：0.5-1.0m/min提升速度：1.0-1.5m/min在桩底部分重复搅拌注浆。按照三轴搅拌桩的施工工艺，三轴搅拌机在下钻时，注浆的水泥用量占总数的70%～80%，而提升时为20%～30%。按照技术交底要求均匀、连续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。1.12水泥用量计算开钻前对拌浆工作人员做好交底工作，在施工现场配备电脑计量的自动搅拌系统和散装水泥罐，以确保浆液质量的稳定。水泥浆液的水灰比为0.5，水泥掺量不小于20%（注：弱加固区水泥掺入量为8%）。水泥用量计算：M=H*S*P*IM——单排桩水泥用量，单位为吨。（单排桩为咬合的三排桩。）H——为桩基长度，单位为m。S——单排桩截面积，取1.5m2。P——被搅拌土体密度，淤泥质粘土取1740Kg/m3。I——水泥掺入量，取20%。1.13水泥浆液制备及注入水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，因故搁置2小时以上的拌制浆液，应作废浆处理，严禁使用。搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过12小时。注浆时通过2台注浆泵2条管路进行混合，注浆压力为1.5Mpa～2.5Mpa，注浆流量为80～120L/min/每台。1.14施工视频目录搅拌桩施工流程及设备简介1SMW工法桩2问题处理3质量控制42.1SMW工法桩搅拌桩桩体内插H型钢俗称SMW工法，该桩体既可以起到止水亦可以作挡土墙，适用于挖深较浅的基坑，尤其是车站出入口。2.2SMW工法桩设计要求1.型钢采用热轧H型钢，型钢上段露出冠梁500mm。当型钢焊接接长时，应采用坡口等强焊接，焊缝质量等级不应低于二级。单根型钢中焊接接头不超过2个，焊接接头位置不宜设在支撑位置或开挖面附近等型钢受力较大处；相邻型钢接头竖向位置应相互错开，错开距离不小于1.0m。2.桩体与内插型钢的垂直度都不应大于1/200，型钢顶标高允许偏差±50mm；型钢平面位置允许偏差：平行于基坑边线50mm，垂直于基坑边线10mm；型钢转角允许偏差3°。3.型钢宜在桩体施工结束后30min内插入，插入前应检查其平整度和接头焊缝质量。2.2SMW工法桩设计要求4.在型钢表面涂抹减摩剂前，必须清除表面铁锈或灰尘，涂抹厚度大于1mm，并涂抹均匀，以确保减摩剂层的粘结质量。5.三轴搅拌桩宜采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于土的天然质量的30%，水泥中可掺入水泥质量10%膨润土。搅拌桩水泥浆液水灰比1.0，水泥土28天无侧限抗压强度不应小于1.0Mpa。（①膨润土是一种黏土岩，由于有很好的吸水膨胀性能以及分散和悬浮及造浆性，因此用于钻井泥浆；②无侧限抗压强度是指试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限强度。在三轴试验中，在不加任何侧向压力的情况下，对圆柱体试样施加轴向压力，直至试样剪切破坏为止。）2.3H型钢施工流程型钢进场质量检验三轴搅拌桩施工完毕H型钢垂直起吊定位校核H型钢垂直度插入型钢固定型钢2.4SMW工法桩施工顺序SMW工法施工按下图顺序进行，其中阴影部分为重复套钻，保证墙体的连续性和接头的施工质量，水泥搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度补正是依靠重复套钻来保证，以达到止水的作用。施工过程中H型钢为隔一插一，局部隔一插二。工法桩隔一插一示意图工法桩隔一插二示意图2.5H型钢表面处理1.清除H型钢表面的污垢及铁锈。除锈应在干燥条件下进行，再在表面涂刷减摩材料。2.减摩剂必须用电热棒加热至完全融化，用电热棒搅拌均匀，才能涂覆于H型钢上，否则涂层不均匀，易剥落。3.如遇雨雪天，型钢表面潮湿，应先用抹布擦干表面才能涂刷减摩剂，不可以在潮湿表面上直接涂刷，否则将剥落。4.如H型钢在表面铁锈清除后不立即涂减摩剂，必须在以后涂刷，施工前抹去表面灰尘。2.6型钢质量验收标准H型钢验收标准表实测项目允许偏差长度±20mm截面高度±4mm截面宽度±3mm腹板中心线±2mm型钢对接焊逢符合设计要求型钢挠度10mm2.6型钢质量验收标准H型钢安装验收标准表实测项目允许偏差型钢定位轴线±20mm顶标高±4mm型心转角±2°垂直度0.3%2.7型钢的插入与固定1.待三轴搅拌桩施工完毕后，吊机应立即就位，准备吊放H型钢。装好吊筋和固定钩，采用汽车吊起吊H型钢，型钢必须保持垂直状态。H型钢插入时间必须控制在搅拌桩施工完毕30分钟内，并依靠自重插入。2.当H型钢插入到设计标高时，用吊筋将H型钢固定。溢出的水泥土进行清理外运。3.若H型钢插放达不到设计标高时，则采用提升H型钢，重复下插使其插到设计标高，下插过程中始终用经纬