单轴双向水泥搅拌桩机

摘要：本文通过新建贵阳至广州铁路肇庆东站工程实践，对多轴、多项水泥搅拌桩的施工工艺进行了初步的研究，对施工准备、机具、材料、工艺控制、质量检验等逐一进行分析与介绍，以使此项新工艺在施工中得到广泛运用。

多轴、多向水泥搅拌桩施工工艺研究
目前高速铁路的软基处理常用桩型主要有高压旋喷、水泥搅拌、砂、碎石桩以及管桩、CFG桩等。

多轴、多向水泥搅拌桩为近年来拟逐步推广的一种新桩型，由于桩体材料中掺入了一定量的粉细砂，增加了地基土中的粗颗粒含量,降低地基土的塑性指数,改良土的物理力学性质指标,明显提高桩体无侧限抗压强度，因此在处理高有机质（腐质）等朔性指数高的软基中桩体强度、桩型可得到有效保证，同时由于特殊的搅拌工艺，即多轴旋转、多层叶片不同向旋转、喷浆，搅拌效果较普通搅拌桩要均匀、彻底，加之其材料构成简单、设备投入小，喷浆压力低，施工方便，因而总体成本低，对处理特定类型的软基投资小、效果好，具有一定的推广价值。

1工艺原理
普通搅拌桩实际上可称作单轴、单向搅拌桩，即单轴旋转、单向搅拌的成桩工艺，而多轴、多向水泥搅拌桩采用2根及以上轴独立旋转、2层及以上叶片多向旋转喷浆的成桩工艺。

多轴、多向水泥搅拌桩采用水泥作为固化剂，即在纯水泥浆中掺入一定比例的粉细砂,增加地基土中的粗颗粒含量,降低地基土的塑性指数,改良土的物理力学性质指标,明显提高桩体无侧限抗压强度。

该工艺攻克了常规水泥土搅拌桩在塑性指数高的粘性土层中成桩强度低的难题,可适用于塑性指数大于25的粘土(规范规定粘土塑性指数大于25时不宜采用水泥土搅拌桩),同时在淤泥质土、淤泥层中成桩强度明显提高。

采用由PH-5型桩机改进的“多向、多轴搅拌水泥桩机”，下钻过程基本完成所需浆材（水泥）的喷射，多向、多轴、多层叶片同时搅拌，仅需二喷二搅工艺施工。

1.1施工工艺流程
工艺流程图
(1）搅拌桩机就位、调平，钻头对准桩位。

(2）搅拌、喷浆下沉：启动搅拌机，使其钻杆沿导向架向下搅拌切土，同时开启送浆泵向土体喷水泥，此时多轴上的叶片同时正反向旋转搅拌直到设计深度。

(3）达到预定设计深度后，在桩端就地持续喷浆搅拌10～30秒以上，使桩端水泥土充分搅拌均匀（下沉喷浆为总浆量的70%以上）。

(4）搅拌、喷浆提升：此时喷浆目的是为了避免喷浆口被堵塞，同时多向多轴搅拌桩机钻杆上叶片正反向旋转，继续搅拌水泥土。

(5）搅拌完毕：搅拌、喷浆提升到地表或设计标高，完成单根多向多轴搅拌水泥桩的施工。

施工过程中若发现达到设计深度时桩端未进入持力层，需要及时调整，保证桩端进入持力层0.5米。

（基本电流为40A,进入持力层电流为60～80A）
1.2施工工艺参数
下钻钻进速度：钻进速度0.8～1.0m/min，转速50r～80r/min。

喷浆量不小于40L/m，下钻喷浆量占总浆量的60%以上。

提升速度0.8～1.5m/min，转速60r～100r/min。

喷浆量不大于10L/m，提钻喷浆量占总浆量的40%以下。

喷浆压力：0.4～1.5Mpa
每米桩身水泥用量：60～70kg/m
2施工准备
2.1人员
参与施工的人员主要有：记录员、钻机操作手、水泥制备员及辅助人员，单班作业一般需记录员2人，钻机操作手2～3人，水泥制备员2～3人，辅助人员1～2人，单班共需7～10人左右。

人员组成及分工如下表：
施工人员组成表
2.2设备
投入到搅拌桩的设备相对较简单，主要有专用搅拌桩机、泵、搅拌机，发电机，称量设备，比重计等。

设备表
2.3材料
施工用水采用施工场地就近地表水或地下水，施工前应现场取水样送检，不得直接采用未经检验合格的地表水或地下水。

水泥采用42.5级及以上的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。

现场设防雨、防潮水泥棚，堆砂场与地面间放置隔离布，砂不得直接堆放于地面上。

2.3开工前的其它准备工作
（1）设备进场清点、验收
重点清点DDJ专用钻杆、动力箱以及相关配套工具，泵及其配套工具（压力表及标定书、泵使用说明书、泵的专用扳手、吸浆软管和吸浆头、输送管）。

清点验收完成后逐一造册登记、保管。

（2）技术准备
1）对施工人员进行技能培训，主要为内容：搅拌桩机、泵的操作、保养及故障排除，成桩质量控制，水泥制备的技术要求等。

2）现场检查桩机电子记录仪、深度传感器和流量计是否完好，是否具有打印施工记录小票的能力，查看记录仪、流量计生产厂家、型号、规格和编号，注意编号要与标定书相一致。

3）仔细研读设计图纸，绘制施工桩位布置图，确定钻杆配置长度；根据设计图确定是否需要外加剂，并确定外加剂种类、规格和数量。

4）检查特种作业上岗证（打桩工操作证），每台机需要2个操作证。

5）准备施工记录本、记录纸和现场测量放线用工具。

6）原材料准备
重落实施工用水泥、粉细砂的厂家、材质及相关证明材料是否符合要求，并按要求做好开工前的材料试验、检验工作。

7）做好各种文明施工标识牌和施工配合比标识牌。

3质量保证措施
（1）钻机就位前须将作业场地基本整平，鱼塘、洼地等施工场地回填时填料不得含块石，回填时采用C组料最佳。

钻机对位必须按照测放的桩点位置对准确，其孔位偏差不得大于50mm，钻杆垂直度偏差不得大于1%。

钻机开钻前，现场施工员必须进行检查确认及验收，偏差超标时及时进行调整，搅拌桩搅拌喷浆全过程实行旁站制。

（2）施工前应专人认真检查相关设备及管路系统。

设备的性能应满足设计要求，管路系统的密封必须良好，管道保证畅通。

（3）浆液的拌制严格按设计配合比控制，严格监督浆液的制作质量，搅拌时间必须严格控制，浆液的密度采用浆液比重计检测，不得采用一只桶边拌边抽的方式施工，在喷浆过程中搅浆机应连续搅动，防止浆液发生离析，确保浆液质量。

浆液制作的整个过程实行旁站制。

（4）搅拌机钻头下沉和提升速度、供浆与停浆时间，下钻深度、喷浆高程及停浆面、单桩喷浆量应符合施工工艺的要求，并应有专人记录。

多向多轴搅拌机钻头到达桩端时，应原位喷浆搅拌10～30s以上，桩底水泥与土体充分搅拌均匀，再开始提升搅拌头，确保成桩质量。

单桩搅拌成桩后要根据吃浆量反算每米喷浆量，达到要求后桩机方可移到下一根桩，否则要复搅、复喷。

（5）成桩过程中，如因故停浆，继续施工时必须重叠接桩，接桩长度在停浆面以下不小于0.5m。

若停机时间超过3小时，应在原桩位旁作补桩处理。

（6）做好现场各项原始记录，做到真实、准确、齐全。

4成桩质量检验
质量检验必须由具有相应资质的第三方检测单位进行现场检测试验并出具相关检测报告，检测单位由建设单位指定的第三方检测单位或施工单位委托的检测单位（当业主没指定第三方检测单位时），具体检测内容如下：
（1）桩头质量检查
成桩3～７天内，浅部开挖桩头0.5～1米深，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。

（2）完整性、均匀性、无侧限抗压强度
水泥搅拌桩施工完成28天以后，用勘察钻机于桩径1/4处、桩长范围内垂直取芯，观察其完整性、均匀性并拍摄照片，判断成桩效果，每根桩在不同深度处取3组试验样品送实验室作无侧限抗压强度试验，根据试验结果推算90天桩体强度，要求桩体水泥土90天无侧限抗压强度≥1.5Mpa。

（3）单桩承载力检测或复合地基承载力检测
水泥搅拌桩施工完成28天以后，进行单桩载荷试验或复合地基载荷试验确定单桩承载力或复合地基承载力。

要求复合地基承载力不小于150Kpa,单桩承载力不小于180KN，载荷试验为桩总数的0.2%，且每个工点不少于3根。

5结语
水泥搅拌桩采用水泥作为固化剂，即在纯水泥浆中掺入一定比例的粉细砂,增加地基土中的粗颗粒含量,降低地基土的塑性指数,改良土的物理力学性质指标,明显提高桩体无侧限抗压强度。

该工艺克服了常规水泥土搅拌桩在塑性指数高的粘性土层中成桩强度低的难题,可适用于塑性指数大于25的粘土，同时在淤泥质土、淤泥层中桩体强度较其它搅拌桩有明显效果，加之工艺控制难度低，设备投入简单、成本小，是软基处理具推广价值的一种新工艺。

参考文献：
[1]TB10035-2006/J158-2006《铁路特殊路基设计规范》中国铁道出版社
[2]TZ212-2005《客运专线铁路路基工程施工技术指南》中国铁道出版社。