文化艺术中心三轴搅拌桩施工技术分析论文
［摘要］针对广西文化艺术中心地层存在阻力大的圆砾层、中风化泥岩层等施工难点，提出在改进钻杆和钻头的前提下，运用三轴搅拌桩止水帷幕技术和四喷四搅工艺的施工方案。实践表明，该方案施工快捷高效，提高了施工质量，缩短工期。
［关键词］基础;三轴搅拌桩;止水帷幕;施工技术
1工程概况
广西文化艺术中心配套工程位于南宁市五象新区核心区内，南宁大桥以南，西邻邕江，基坑面积达4.7万m2。工程建设用地面积约47000m2，地下建筑为3层。基坑的±0.000标高相当于绝对标高82.000m，基坑底高程62.000m。基坑顶周长962.3m，开挖深度16.4～19.0m。配套工程的止水帷幕长约980m，由633幅三轴搅拌桩相互咬合形成基坑的挡土和止水结构。三轴搅拌桩适用于复杂地质条件(包括阻力大的圆砾层和坚硬岩层等，其中圆砾层厚度为1.20～6.10m，岩层考虑钻入厚度为1m)下。
2施工主要思路
三轴搅拌桩机采用改进后的适用于圆砾层、泥岩的三轴搅拌机钻头和花瓣式叶片钻杆，运用四喷四搅工艺，在复杂的地质条件下进行施工，应对圆砾层的松散性和大阻力及岩层的坚硬，使三轴搅拌桩机在复杂地质中下钻快、搅拌均匀，满足缩短工期和保证质量的要求。
3施工重点、难点分析
对三轴搅拌桩施工展开分析，存在以下施工难点:①地层中存在圆砾层和风化泥岩层，圆砾层松散阻力大，泥岩层坚硬光滑，使钻机钻孔难度大。②基坑范围广、深度大，上层滞水和基岩缝隙水位置不确定性使隔断基坑外水层渗透难度大，对基坑止水要求高。应对措施:①将螺旋叶片钻杆改为花瓣式叶片钻杆，花瓣式叶片钻杆在圆砾层中减少了阻力，提升了下钻速度。将螺旋刀片钻头改为适用于圆砾层、泥岩的三轴搅拌机钻头，钻机在坚硬地层的入岩速度明显提升，保证钻机钻孔速度及成孔质量。②提高孔位放样精度，确保三轴搅拌桩位置准确、桩与桩之间咬合足够，增强基坑闭水效果。采用四喷四搅工艺，使圆砾层和风化泥岩层搅拌更加均匀，提高成桩质量，避免基坑外水层渗透。
4施工工艺流程
三轴搅拌桩施工工艺流程如图1所示。
5施工方法
5.1水泥仓布置
1)水泥仓选址因后台不能移动，故水泥仓应尽量设在场地中心。即以水泥仓为圆心、送浆管长度为半径所形成的圆必须能够覆盖全场。场地内采用2台可制作200t水泥浆的水泥仓，以满足三轴搅拌桩连续作业要求。
2)水泥仓结构设计建议水泥仓混凝土强度等级为C40，底部配筋。
3)不均匀沉降控制水泥储存过程中，不能保证每个仓存量一致;以水泥仓最不利布置考虑:地填土密实度不均匀，尚未完成自重固结，压缩性强，层厚不均匀。这些特性容易造成在上覆较大荷载的情况下填土层形成不均匀沉降，造成水泥仓基础开裂、倾斜，将水泥仓基础位置设置在原地面向下500mm。综合考虑，基础开挖深度1.5m，回填碎石垫层厚度1m(碎石垫层顶面即地下水位顶面)，然后在碎石垫层上绑扎钢筋网片、浇筑基础混凝土。水泥仓基础大样如图2所示。
5.2孔位放样先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点，换算出三轴搅拌桩桩中心线角点坐标(或转角点坐标)，再用全站仪精确放样出桩中心线，并复核坐标数据。然后根据三轴搅拌桩机的.定位线(定位线与桩中心线间距为1.2m)，在桩中心线上向外1.2m处放样出钻机的行进控制线，同时做好保护。
5.3机位场地整平开挖导沟前，先清除桩中心线附近地面的障碍物及地下杂物，然后回填整平地面并压实。若工作面地表存在积水或淤泥，应抽水或清淤，及时回填黏性土，然后压实整平。
5.4开挖导沟地面平整后，沿着桩中心线开挖导沟，导沟采用挖掘机开挖工作沟槽，沟槽宽1m、深0.5～1m，长5～6m。导沟的作用不仅在于引导钻机，还能在钻机吹气将土置换上来时，配备1台挖掘机挖掉置换土，避免污染工作面。
5.5钻头、钻杆选择采用适用于复杂地质情况下的三轴搅拌机钻头，以解决钻头在复杂地质(圆砾层、风化岩层)情况下磨损严重、钻进困难的问题。钻头端部对称设置锥形刀片，直径为250mm，高度为150mm，组成锥式前进头，如图3所示。3片刀片围绕钻杆轴线径向均匀分布，即中心线间隔120°布置，组成叶式钻头刀排，规格为200mm×300mm×6.5mm(厚)，三片刀片与水平面成30°的夹角，如图4所示，每片刀片上焊接2个“子弹头”钻头，“子弹头”为耐磨损合金材质，规格尺寸如图5所示。针对圆砾层松散性和泥岩阻力大特性，将螺旋叶片钻杆改为花瓣式叶片钻杆。花瓣式叶片钻杆在圆砾层中减少了阻力，提升了下钻速度。同时更加充分地搅拌圆砾层中的水泥浆和土，提高桩身匀质性。花瓣式叶片钻杆的杆径为250mm，3个花瓣式叶片以杆中心线120°布置，每个花瓣式叶片厚度为30mm，倾斜角度15°，每层花瓣式叶片之间的间距为800mm，3根转杆间的叶片相互错开400mm(见图6)。
5.6钻机就位调整钻机可根据放出来的定位线移动，确保位置准确性。钻机就位后，钻机的三轴位置应满足设计要求，必须在设计位置50mm范围内。钻机钻杆垂直度偏差≤0.5%，可采用垂球法检测垂直度。
5.7水泥浆制作钻机在下钻与提钻时边喷浆边搅拌。为确保三轴搅拌桩有足够强度和隔水性，水泥掺入比为20%，水泥强度等级PC32.5，黏性土层水灰比为1.5，圆砾层水灰比为1.2。水泥浆的制备须有充分时间，要求＞3min，以保证搅拌均匀性。水泥浆从灰浆拌合机导入储浆罐时，必须通过过滤网，将水泥硬块剔除。浆液进入储浆罐中必须不停搅拌，以保证浆液不离析。拌制浆液时间＞2h的应作为废浆处理，施工时泵送水泥浆必须连续，水泥浆用量及泵送水泥浆的时间应有专人纪录。
5.8四喷四搅
1)下钻与提钻考虑圆砾层的松散性，采用四喷四搅工艺。钻机在下钻时，在黏土层的转速为1.2～2.0m/min，水灰比为1.5;在圆砾层的转速为0.8～1.0m/min，水灰比为1.2;在泥岩的转速＜0.8m/min，水灰比为1.2。当钻机下钻喷浆搅拌至泥岩以下1m后，在桩底搅拌喷浆1～2min，确保底部有足够灰量。提钻喷浆搅拌至圆砾层顶以上1m，然后钻机下钻喷浆搅拌至泥岩以下1m后，提钻喷浆搅拌至设计桩顶标高，在此过程中，钻机在圆砾层和泥岩层的转速≤1m/min，其他地层的转速≤2m/min，而水灰比和首次下钻时在每层保持一致。整个过程中，喷浆量应由电子显示器和提升速度进行控制，水泥浆用量误差≤±5%。施工时应严格控制喷浆时间、停浆时间和水泥浆喷入量，确保水泥搅拌桩质量。
2)施工顺序三轴搅拌桩的整体施工顺序是从1点钟方向开始，采用2台三轴搅拌桩机分别从顺时针和逆时针前进，最后2台钻机会合，形成闭合止水帷幕。施工完1幅三轴搅拌桩后，要隔1幅打下1幅，施工顺序如图7所示。为保证止水帷幕的密闭性，要确保三轴位置准确，同时每幅3根桩间搭接250mm，每幅间咬合500mm，并在转角处加打1幅三轴搅拌桩。
6结语
三轴搅拌桩止水帷幕技术、四喷四搅工艺，在改进钻杆和钻头前提下，使三轴搅拌桩机在地质复杂情况下搅拌更均匀，大大提高施工质量，同时加快钻进速度，缩短工期。该技术保证施工质量、施工进度，降低施工成本，经济效益显著。
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