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三轴搅拌桩内设置微型钢管桩基坑支护施工工法.doc三轴搅拌桩内设微型钢管桩基坑支护
中铁二局集团建筑有限公司
山体植被恢复项目绿化工程施工组织设计刘翔 孙旭军 张华 白敏杰 姜少亭
进入21世纪以来，中国的经济建设高速发展，越来越快的城市化进程，土地资源用于房屋建筑工程的建设越来越珍贵，在土地资源有限的可利用的情况下，构筑物对地下空间的利用越来越重视。在密集的建筑群中建造地下的房建工程必不可少，从而使深基坑施工技术难度越来越大。传统的基坑支护施工工艺已不能满足在狭窄场地的施工条件，而在三轴搅拌桩设置微型钢管桩作为基坑支护新的施工方法极大地解决了这一问题的解决。这种新的支护形式其占地面积小、挡水效果强、环境污染小、对周围地基影响小且施工方便、大大节约工程成本，通过珠海市唐家湾信息港工程及梅州百汇嘉印工程实践，总结形成此工法。
一方面是成桩速度快，在压缩工期的同时节约了人工费；另一方面是搅拌桩的水泥成本远低于其它围护结构施工方法。同时施工材料广泛，施工设备简单，采用本工法可大大减少工程投资。
2.2 施工环保，对周围环境影响小
施工残土少，比较容易处理,采用低噪音施工设备，施工过程中没有泥浆污染，有利于保护环境；占用施工场地小,有利于保护周边建筑、道路及其架空、地下管线。对邻近土体扰动较小,也不会对邻近构筑物产生危害，如房屋倾斜、地面下沉、道路裂损及地下设施移位。
2.3 成桩质量好，止水效果好，安全可靠
三轴搅拌钻机为中空叶片螺旋式钻机,利用高压空气压入水泥浆，使水泥浆与土得到充分搅拌,桩体无分层夹泥现象，施工质量好。
施工采用连续不间断的方式，使墙体全长无接缝,从而具有可靠的止水性,其渗透系数低，止水效果好。
桩体中插入无缝钢管后,钢管与水泥土紧密结合,使桩体强度大大增加，提高了搅拌桩的抗弯、抗剪力学性能；在桩顶设置冠梁，基坑分层开挖过程中施工预应力锚索，分层分段控制边坡变形；三轴搅拌桩、微型钢管桩、锚索与周围土体等共同受力，使围护结构安全可靠。
本工法适用于粘性土、粉土、无流动地下水的饱和松散砂土、素填土、及不含硬质大块杂填土、淤泥与淤泥质土，如遇砂层应增大水泥用量，基坑深度宜在4～10m范围内，尤其适用于地下水位较高需要截水的基坑工程。
深层水泥搅拌桩是利用水泥等材料作为固化剂，通过三轴搅拌机就地将软土强制搅拌下沉至设计桩底标高，钻头喷水泥浆液与原土壤搅拌并提升至设计桩顶标高成桩，使土壤板结，让其具有整体性、水稳性、止水性和一定强度的水泥加固体。同时按照设计要求钻孔，在水泥搅拌桩内插入无缝钢管，提高桩体的抗弯、抗剪的力学性能。
预应力锚索是把钢绞线埋入岩层内部进行预加应力，稳定岩层的主动支护方式，从而达到稳定开挖面的目的。锚索安设锁紧后,锚索集中应力传递到支护结构物上,在预应力作用下,围岩产生压缩,可使围岩在锚索的弹性压缩下形成“承载拱”,提高了围岩的整体性和内在抗力,增加其强度,增大围岩的稳定强度。即基坑土体开挖时所产生的不平衡主动区土压力通过混凝土面层和预应力锚索固体，最终均由预应力锚索承担，开挖边坡的基坑隆起及整体稳定性亦通过预应力锚索对土体的加固来实现。
深层水泥搅拌桩、微型桩、预应力钢管锚索等主要工序共同作用，形成有效的基坑支护结构。支护结构示意图详见图4.1.1、图4.1.2。
图4.1.1 搅拌桩内设置微型桩平面示意图
图4.1.2 搅拌桩内设置微型桩+预应力锚索+喷锚剖面示意图
5.施工工艺流程及操作要点
深层水泥搅拌桩内设置微型桩+预应力锚索+喷锚施工工艺流程如图5.1.1。
图5.1.1 深层水泥搅拌桩内设置微型桩+预应力锚索+喷锚施工工艺流程图
1、为保证施工控制网的精确性，工程施工时设置测量控制网，各控制点，必要时应设防保护措施，防止破坏，利用测量控制网控制和校正建筑物的轴线、标高等，确保施工质量。
根据施工机具的需用量计划，按施工平面布置图的要求，组织施工机械设备进场，机械设备进场后按规定地点和方式布置，并进行相应的保养和试运转等项工作。
3、组织建筑材料和构配件的进场
根据建筑材料、构配件的需用量计划组织其进场，按规定地点和方式存放或堆放，并做好组织和保护措施。
根据确定的现场管理机构建立项目施工管理层，选择高素质的施工作业队伍进行该工程的施工。对工人进行必要的技术、安全、思想和法制教育，教育工人树立“质量第一，安全第一”的正确思想；遵守有关施工和安全及技术法规；遵守地方治安法规。
5.2.2水泥搅拌桩施工
三轴搅拌桩施工工艺流程：场地平整→搅拌机定位→预搅下沉→配置水泥浆→喷浆搅拌、提升→重复搅拌下沉→重复搅拌提升直至孔口→关闭搅拌机、清洗→移至下一根桩、重复以上工序。
本工程场地施工条件较好，挖出泥浆池后可直接进行施工。
桩位放线后，钻机应立即就位进行试钻。钻进时确保钻杆连接牢固，钻机支撑平稳，钻机钻头中心点保证和桩位点垂直。钻机启动前应将钻杆、钻尖内清理干净。
钻机就位时必须保持机身平稳，不发生倾斜和位移。为准确控制钻孔深度，应在机架上做出控制的标尺，以便在施工中进行观测和记录。
1）水泥应具出厂合格证并经检验合格。
2）严格按拌浆机操作规定拌制水泥浆液，并通过滤网倒入具有搅拌装置的储浆桶（池）。
3）严格按照申请的配合比执行，浆液水灰比0.8~1，施工用料严格计量，搅拌充分，以保证水泥浆液质量符合要求。
4）水泥浆随用随搅，不能停放时间过长，因搁置时间过长产生初凝的浆液严禁使用，严禁在搅拌好的水泥浆液内加水。
钻机施工前，应首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后,开始引孔钻进，孔底标高为钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确。在钻进时为防止泥砂堵塞喷嘴，要边喷浆边钻进。
当钻进到设计深度后，开始由下向上旋喷，同时将多余的浆液清理排出。喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷管。为保证桩底及桩顶端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转30秒钟左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断，钻机发生故障，应停止提升钻杆和旋转，以防断桩，并立即检修排除故障，为提高桩底端质量，在桩底部1.0m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间。在旋喷提升过程中，可根据不同的土层，调整旋喷参数。
1）采用“二喷二搅”施工工艺，第一次喷浆量控制在60％，第二次喷浆量控制在40％；严禁桩顶漏喷现象发生，确保桩顶水泥土的强度。
3）压浆阶段时，不允许发生断浆和输浆管道堵塞现象。若发生断桩，则再向下钻进50㎝后再喷浆提升。
4）相邻桩搭接宽度200㎜，施工间隔时间不能超过8小时，否则喷浆时要适当多喷一些水泥浆，同时在桩后增加一根搅拌桩，以保证桩间搭接强度和良好的止水性。
旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷，提升钻头出孔口，清洗注浆泵及输送管道，然后将钻机移位。
5.2.3微型钢管桩施工
微型桩构造：桩径宜为100mm~300mm，间距宜为0.5~1.5m；桩底深入基坑底面以下宜大于2m。此类可采用钢筋笼、钢管或型钢的小支架钻孔灌注桩；或者在水泥土内插入钢筋笼、钢管、型钢、木桩或竹桩。
1、平整场地：在钢管桩施工前进行场地平整，以保证测量放线准确和钻机就位钻孔。
2、测量放线：场地平整后按设计要求进行桩位放线,桩位误差小于50mm。
3、钻孔：在旋喷桩施工完后3~5天打入钢管桩。钻孔采用锚杆钻机成孔，成孔直径170mm，钻孔至设计深度。在施工过程中用两台经纬仪双向校核钻孔时的垂直度，用水准仪控制标高，同时辅以在钻机上设置标尺刻度双控制。
无缝钢管插入前应将其下端削尖，角度60°为宜，在距钢管顶端50㎜处设置与振动器连接器连接的卡销孔，防止靠自重下沉有困难时，能及时采用振动器辅助下沉。钢管宜采用整材，当需分段焊接连接时，应采用坡口焊，焊缝质量满足施工规范要求，焊接完毕检查其平直度和焊接质量，不符合设计要求严禁使用。
下钢管：钢管直径为140mm(壁厚5mm),每根长为6m,钢管之间搭接用4根20cm长的Φ14螺纹钢筋帮焊,成孔后下入钢管,搭接时应避免在同一平面上进行搭接。
注浆：注浆机械采用水泥搅拌桩用的注浆机，压力采用0.6MPa,水泥浆采用42.5水泥净浆（加早强剂），水灰比为0.5~0.8（M20纯水泥浆），当钻孔至钢管桩底后再往下钻深约0.3m以便沉渣填孔，移机至下一孔位，插入注浆管，注浆至地面冒出浓水泥浆为止。
6、冠梁施工前，应将微型桩顶浮浆凿除清理干净。
5.2.4混凝土冠梁、混凝土支撑施工
严格按照图纸位置进行放样，其误差不得大于5cm，施工前，应对其位置进行复核、验收后方可挖槽施工。
根据冠梁的规格，按要求采用挖掘机进行土方开挖并及时将土方外运（屋面找平）技术交底，开挖严禁撞击围护结构。
3、桩头处理及垫层浇筑
桩顶应凿除至新鲜混凝土面，浇筑混凝土前必须清理干净残渣、浮土、积水等，桩顶标高必须保证桩顶嵌入冠梁50mm ,保证桩与冠梁牢固连接。垫层采用C15素砼，厚度10cm。
根据设计要求定出梁顶标高线，作出标记。按要求将主筋排好并保持水平，然后将箍筋按设计要求套入主筋，并保持与主筋垂直，进行绑扎。转角处基坑外侧围梁主筋必须保持连通，无法连通部位，主筋水平向弯起，并满足抗拉钢筋锚固长度要求。绑扎结束后，对准标记线，进行整体调整并加以固定，混凝土内支撑钢筋需锚入冠梁内。
支模时，要保证钢筋的保护层达到设计要求，以防露筋，模板组装完后对准标记线，进行整体调整并加以固定。
当混凝土支撑开挖至设计标高后，进行整平、复测标高搅拌机施工安全技术交底单，保证底模的平整及高程位置。同时对基底进行夯实处理（以防底模板在混凝土浇筑后发生沉降而影响混凝土支撑的质量），然后铺设竹胶板作为砼支撑底模。混凝土支撑底模须平整、可靠，按中心受压构件要求控制纵向轴线的偏差，并防止在混凝土浇捣中产生变形， 内支撑截面尺寸偏差小于5mm。
6、砼浇筑、振捣及养护