文／杜锋光 广州建筑股份有限公司 广东广州 510000
三轴搅拌桩施工操作简单、施工效率高、止水效果好、适应性强、造价较低，常被用来作为深基坑止水帷幕[1]。若成桩质量差，易发生突涌水、涌泥砂，将会造成基坑失稳和周边建筑物开裂、倾斜及地面发生不均匀沉降等问题。论文结合临江大道隧道深基坑工程，对三轴搅拌桩在临近江边、地下水位高且所处地质多为砂砾石堆填区的基坑工程施工质量保证进行探讨。
1.1 项目概况
广州国际金融城起步区临江大道建设工程位于广州市天河区，西起科韵路，东至车陂路，东西向贯穿广州国际金融城起步区，分为地面和隧道两部分。地下空间主体建筑约59799.97m2，地面道路全长1.377km，主要分为车行道和慢行系统，包括两座跨涌桥，地下隧道主线长1.175km，两侧辅道总长1.257km，匝道长约0.597km，公交中途站3个，隧道横断面为双向8车道，道路定位为城市主干道，地下道路主线设计速度50km/h，辅道及匝道设计速度为30km/h。
1.2 地质及周边情况
根据《临江大道详细勘察报告》，本项目所在地质条件是：主要出露第四系人工填土层（Q4ml）、第四系全新统海陆交互相沉积层（Q4mc）、第四系上更新统冲积层（Q3al）、残积层（Qel）以及白垩系上统（K2）碎屑沉积岩层。其中上层土质多为流塑状淤泥质粉细砂、淤泥质中粗砂，含水率高达56.1%。其中地质及周边存在以下几点影响三轴搅拌桩成桩质量。
（1）基坑边与珠江最近距离21.5m，最远距离为89m，平均距离48m，处于珠江感潮段，项目所在地下水因受到来自伶仃洋的潮汐影响，地水水位如潮汐一般呈周期性变化，对三轴搅拌桩成桩带来很大影响。
（2）根据地勘报告，本工程处于珠江堤岸建设范围，存在砂砾石堆填区。
（3）地下水：场地地下水类型主要有上层滞水和孔隙潜水、承压水。赋存于第四系全新统海陆交互相沉积层之淤泥质粉、细砂层（②2）、中、粗砂层（②3）和上更新统冲积层之细砂层（③3）、中粗砂层（③4）中。
由于场区河涌发育，地下水与河水具有水力联系，补给来源充足。
（4）上述地质及周边情况因素，对三轴搅拌桩施工成桩有较大的影响，进而影响三轴搅拌桩止水效果。
1.3 三轴止水帷幕设计要求
本项目基坑支护形式地下连续墙和灌注桩（锚索）+三轴搅拌桩。基坑支护外围止水采用Ф850@600三轴搅拌桩止水帷幕，三轴搅拌桩进入不透水层1.5m或进入强风化层不少于1.0m且进入基坑底不少于1.0m。
2.1 施工技术要点
本工程三轴搅拌桩设计工艺参数为：水泥掺入量不少于20%，下沉和上升速度为0.8-1.0m/min，水泥土28d的无侧限抗压强度不少于1.2MPa,采用42.5级普通硅酸盐水泥。因地处广州市中心城区且临近珠江，本工程场地地下水丰富，且随着江水涨落，地下水位时刻处在变化中，像潮汐一般呈周期性变化，土层含水量高，难以跟水泥形成强度比较高的固结体。且该地段多为砂砾石堆填区，易造成水泥从孔隙中流失，影响成桩效果。根据实际情况，主要针对以下方面采取相应措施[2]：
（1）针对临近江边，地下水丰富，且随着江水涨落，地下水位时刻处在变化中，土层含水量高，难以跟水泥形成强度比较高的固结体。采用增大水泥掺入量、减小水灰比及四搅四喷的施工工艺，取得了较好的成桩效果。
（2）针对该基坑所处地质多为砂砾石堆填区，易造成水泥从孔隙中流失，严重影响成桩效果。采用降低在砂砾石填充区的钻进速度和提升速度，反复搅拌来提高三轴搅拌桩成桩质量。
（3）针对三轴搅拌桩要求入强风化岩1m(或者硬塑粉质黏土层1.5m)的情况，采用能够快速入岩的三翼钻头，提高了施工效率，节约了施工成本。
2.2 施工工艺流程
施工工艺流程详见图1。
图1 施工工艺流程
2.3 试桩
根据设计成桩质量要求和项目所处在地质情况，在开始正式大面积施工前进行工艺性试桩，目的是比较不同试桩参数下三轴搅拌桩的成桩质量，从而确定三轴搅拌桩施工主要参数：水灰比、注浆量、水泥用量、钻进速度、提升速度、搅拌次数等参数。待试桩达到龄期28d进行抽芯检测满足设计和质量要求后，方能进行大面积施工。结合地质情况和以往施工经验，试桩拟采用1.3和1.5水灰比，三种水泥掺量18%、20%、22%，搅拌次数有二搅二喷和四搅四喷共9根试桩，详见表1。
表1 试桩参数表
三轴搅拌桩成桩后28d，对上述9根搅拌桩进行抽芯并截取每根桩各3个部位芯样，由第三方检测实验室进行单轴抗压强度试验，得到桩身水泥土强度如表2。
表2 试桩桩身水泥土强度
通过表2可以发现，18%水泥掺量桩（编号108）的桩身强度未达到设计要求的1.2MPa，20%和22%水泥掺量均能达到设计要求。因考虑本项邻近珠江，处于感潮段受潮汐影响大、砂砾层厚且存在承压水，综合考虑成桩质量，故选择以试桩号118桩的参数，水灰比1.3，22%水泥渗量，四搅四喷、下沉速度0.8m/min，提升速度0.8m/min，为本项目施工工艺参数。
2.4 制备水泥浆
本项目三轴搅拌止水帷幕施工采用P·O42.5普通硅酸盐水泥（散装水泥）。每次水泥进场后，先核查水泥的出厂合格证、质量保证书、检验报告的项目（如水泥品种、各项技术性能、编号、出厂日期）填写是否齐备，检查项目和指标是否符合规范要求。经核查合格后报监理工程师进行见证取样，经第三方检测合格后，才正式使用本批次水泥，若检测不合格则本次批水泥要退场不得使用。
制备水泥浆前，要对工人进行施工技术交底并做好书面记录。采用电脑控制的全自动拌浆系统拌水泥浆，只需要在电脑输入水灰比1.3，则可以自动制作水泥浆。
三轴搅拌桩施工要求配置的水泥液浆应有很好的流动性，不离析，便于泵送、喷搅。同时还要满足最小水泥掺入量不得小于22%，28d无侧限抗压强度不小于1.2MPa。
2.5 预拌下沉、提升
严格按试桩得到施工参数，控制好三轴施工的钻进速度和提升速度，是确保水泥掺量和施工质量的关键。施工人员需每天控制好现场施工钻进速度和提升速度；
填写好三轴搅拌桩施工记录表，并对施工参数进行分析，确保符合设计及施工方案要求。要保证钻进及提升匀速进行，从而确保桩体的均匀性，避免因局部搅拌不均匀导致出现渗漏水现象。
钻头选用适用入岩的三翼钻头，现场焊接钻头。启动电动机，根据地勘报告中土质情况计算出相应速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土搅拌下沉，直到钻头钻进至桩底标高。在钻进和提升时需连续注入水泥浆液，钻进时注浆量一般为额定浆量的70%～80%，提升搅拌时注浆量为额定浆量的20%～30%。钻机钻进和提升速度宜控制在砂砾石堆填区0.3～0.8m/min，在其他区域钻进和提升速度宜控制0.8m/min。在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。
钻进至设计桩底标高后，搅拌头应在桩底1m范围内上下喷浆搅拌约30s，方可进行提升。当钻头提升至地面以下0.5m左右，要求提升速度不宜过快，从而达到土体和水浆充分搅拌均匀[3]。
2.6 复搅（喷）下沉、提升
重复上下搅拌，但要留一部分浆液在第二次上提复搅时灌入，最终完成一根均匀性较好的水泥土搅拌桩[4]。
（1）搅拌轴成桩搅拌施工采用四搅四喷的施工方法，在砂砾石堆填区降低上升和下降速率，增加喷浆压力，充分搅拌。
（2）钻进施工时为边注浆边充气搅拌，提升时为不充气只注浆搅拌。
（3）三轴水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度。在桩底部分适当持续搅拌注浆，做好每次成桩的原始记录。
2.7 质量控制点
施工过程中质量控制点主要有4点，一是水灰比，二是钻进速度和提升速度（成桩时间），三是控制每幅水泥浆注浆流量，四是水泥用量。
每幅三轴搅拌桩桩长确定后，水泥用量=试桩确定每米掺量×桩长。根据水灰比1.3，计算出注浆总量。每幅施工时间=（桩长/钻进速度+桩长/提升速度）×2，每分钟的注浆量=注浆总量/施工时间。每天可以施工幅数=有效施工时间/每幢施工时间。现以平均桩13.5m为例计算相应参数如表3所示。
表3 桩的理论施工参数表
（1）水灰比是三轴搅拌桩成桩的关键点，每天用水泥浆比重计随机抽检水泥浆比重是否满足1.42，是控制成桩质量的关键因素。
（2）记录每幅三轴搅拌桩施工的实际时长与理论时长对比，若实际时长比理论时长短，则可能注浆量达不到要求，导致成桩效果不满足设计强度要求、止水效果得不到保证。因每幅三轴搅拌桩施工时间固定，从而每天施工幅数也是能计算出来。以每天施工时间为12h，根据表3每幅施工时间为67.5min，则每天可施工幅数=12×60/67.5=10.67幅，即每天能实现施工幅数不超过10幅。
（3）通过注浆泥浆测量仪器记录每幅水泥浆实际注浆总量与理论注浆总量进行对比，可分析出注浆量是否异常。
（4）统计每天水泥进场实际用量和理论水泥用量和进行每天监控，进行对比，如下图2所示。若发现理论水泥用量大于进场实际用量，则说明施工出现异常，需要进行检查分析。
图2 累计三轴理论与实际水泥用量折线图
论文针对感潮段砂砾石堆填区采用三轴搅拌桩时施工质量控制较难的问题进行探讨，通过对施工工序进行分析，在施工工艺上采取四搅四喷、增大水泥掺入量、改进水灰比等技术措施，严格按照要求施工，确保三轴搅拌桩的施工质量和施工进度满足要求并实现了较好的止水效果，以期为日后类似工程的施工提供参考依据。
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