超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法与流程

本申请涉及基坑加固的领域，尤其是涉及一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法。

背景技术：

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，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。

虽然三轴搅拌桩软基加固方法在基坑深度较浅时，其加固效果较好，在砂层中，水泥凝结效果较好；但是，当加固深度逐渐深入之后，加固效果难以把控，同时，当在淤泥质土中时，三轴搅拌桩加固受其中有机质物质含量影响，成桩效果较之砂层较差。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有深层软土中三轴搅拌桩的施工质量较差的缺陷。

技术实现要素：

为了提高三轴搅拌桩在深层软土中的施工质量，本申请提供一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法。

本申请提供的一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法采用如下的技术方案：

一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，包括以下步骤：

s1、清除地下障碍物、场地平整；

s2、测量放线、桩位确定；

s3、开挖沟槽、桩位复核；

s4、桩机就位、调平校直；

s5、泥浆拌制；

s6、搅拌、喷浆、下沉与提升；

s7、弃土处理；

s8、清洗管路及搅拌头；

所述s6步骤中，首先根据前期地质勘探结果进行分析，使用三轴搅拌桩机进行螺旋钻孔，当三轴搅拌桩机的搅拌头进入淤泥质地层时，加大三轴搅拌桩机的搅拌头的转速。

通过采用上述技术方案，三轴搅拌桩机钻进至淤泥质土层后，加大转速会提升水泥土的置换效率，提高加固质量，使得三轴搅拌桩在深层软土中的施工质量较好。

优选的，s6步骤过程中，三轴搅拌桩桩身采用二搅二喷的施工工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，下沉和提升过程中均为注浆搅拌，第一次喷浆量控制在40%，第二次喷浆量控制在60%。

通过采用上述技术方案，使原状土与水泥之间能充分搅拌均匀，成桩质量较好。

优选的，所述s6步骤过程中，钻杆下沉速度不大于1.0m／min；提升速度不大于0.8m／min；在桩底部分1m应重复搅拌喷浆。

通过采用上述技术方案，由于桩机钻进及提升的速度直接决定搅拌桩的施工时间，重复搅拌喷浆延长搅拌桩的施工时间，使得三轴搅拌桩在深层软土中的施工质量较好。

优选的，所述三轴搅拌桩机包括中轴钻杆以及位于中轴钻杆两侧的外轴钻杆，所述中轴钻杆转动连接有对流套筒，所述对流套筒设置有对流扇叶，所述对流套筒的转向与中轴钻杆的转向相反。

通过采用上述技术方案，使中轴钻杆底部的钻头进行松土工作时，与中轴钻杆转向相反的对流套筒将松动的土体进行分割，并使部分土体的流向与位于中轴钻杆底部的钻头带动的土体运动方向相反，土体松动效果较好，同时反向转动的对流套筒与中轴钻杆底部的钻头的相对转速较大，搅拌效果较好。

优选的，所述中轴钻杆与外轴钻杆均设置有用于将土体与水泥进行搅拌的搅拌扇叶，所述搅拌扇叶螺旋设置，所述对流扇叶螺旋设置且靠近对流套筒的下端，所述对流扇叶的螺旋方向与搅拌扇叶的螺旋方向相反。

通过采用上述技术方案，使得对流扇叶与搅拌扇叶对土体的导向方向始终相反，土体与水泥的混合效果较好。

优选的，所述对流套筒远离对流扇叶的一端设置有副对流片，所述副对流片螺旋设置且螺旋方向与对流扇叶的方向相反。

通过采用上述技术方案，使对流套筒沿竖直方向的两端的土体流动方向相反，靠近对流套筒两端的土体与水泥的混合物同时朝向对流套筒的中段或远离对流套筒的中段运动，土体与水泥的混合搅拌效果较好，且由于副对流片与中轴钻杆底部的钻头的转动方向一致，使得位于对流套筒周边的土体与水泥的混合过程中，不易受到较远处的土体的影响，局部混合效果较好。

优选的，所述对流套筒连接有驱动组件。

通过采用上述技术方案，使对流套筒可以根据地基处理深度调节转速，提高土体与水泥的搅拌效果，成桩质量较好。

优选的，所述驱动组件包括主动齿、联动齿以及从动齿，所述从动齿固定于对流套筒上，所述主动齿固定于任意一个外轴钻杆上，所述从动齿的中心与中轴钻杆的中心线共线，所述从动齿的中心与外轴钻杆的中心线共线，所述联动齿位于从动齿与主动齿之间，所述联动齿与主动齿以及从动齿啮合。

通过采用上述技术方案，使外轴钻杆在转动的过程中带动联动齿转动，联动齿带动从动齿转动，对流套筒与从动齿同步转动，对流套筒转动过程中增加土体与水泥的混合效果，并减少驱动源，成桩质量较好。

优选的，所述三轴搅拌桩机还包括驱动支撑架，所述中轴钻杆以及外轴钻杆均与驱动支撑架转动连接，两个所述外轴钻杆均固定有主动齿，所述联动齿转动连接于驱动支撑架上。

通过采用上述技术方案，驱动支撑架的设置，使中轴钻杆以及外轴钻杆在钻孔的过程中不易发生过偏移，同时，联动齿附着于驱动支撑架上，联动齿不易脱落，延长其使用寿命。

优选的，所述联动齿沿竖直方向的两端固定连接有导向钻头。

通过采用上述技术方案，由于驱动组件距离中轴钻杆以及外轴钻杆底部的钻头距离较远，驱动组件周边的土体松散度较小，驱动组件跟随中轴钻杆以及外轴钻杆运动的过程中，随着深度加深，阻力较大，导向钻头的设置，使驱动组件周边的土体松动，减少了驱动组件运动时的阻力，同时，导向钻头的设置，使驱动组件周边的土体与水泥混合均匀，当对流套筒转动过程中，带动驱动组件周边的土体与水泥混合物朝向中轴钻杆的底部运动，混合较为均匀，或将驱动组件周边的土体朝向远离中轴钻杆的底部运动，对流筒体周边的土体与水泥的混合物朝向驱动组件周边的土体与水泥的混合物冲击混合，混合更加均匀，成桩质量较好。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.三轴搅拌桩机钻进至淤泥质土层后，加大转速会提升水泥土的置换效率，提高加固质量，使得三轴搅拌桩在深层软土中的施工质量较好；

2.使中轴钻杆底部的钻头进行松土工作时，与中轴钻杆转向相反的对流套筒将松动的土体进行分割，并使部分土体的流向与位于中轴钻杆底部的钻头带动的土体运动方向相反，土体松动效果较好，同时反向转动的对流套筒与中轴钻杆底部的钻头的相对转速较大，搅拌效果较好；

3.使外轴钻杆在转动的过程中带动联动齿转动，联动齿带动从动齿转动，对流套筒与从动齿同步转动，对流套筒转动过程中增加土体与水泥的混合效果，并减少驱动源，成桩质量较好。

附图说明

图1是本实施例中三轴搅拌桩机的结构示意图。

图2是图1中a处的局部放大示意图。

附图标记说明：1、中轴钻杆；11、中轴钻头；2、外轴钻杆；21、外轴钻头；3、对流套筒；31、对流扇叶；4、搅拌扇叶；32、副对流片；5、驱动组件；51、主动齿；52、联动齿；53、从动齿；6、驱动支撑架；7、导向钻头；8、动力头；9、钻杆支撑架。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法。包括以下步骤：

s1、清除地下障碍物、场地平整；

在开工工点场地进行占道、交通疏解、绿化管线迁移，将施工现场进行围蔽。先平整场地，做好水泥罐储存场地、泥浆拌制场地的策划安装，在围蔽四周内侧开挖排水沟，保证雨季场地不积水。清除桩位处地上、地下一切障碍物，障碍物包括各种管线、大块石、树根和生活垃圾等，若场地为混凝土等坚硬路面，应提前用挖掘机破碎头进行破除，施工一段破除一段，后退式施工。若场地为沟堑、低洼时应回填破除混凝土路面的土渣石块，必要时需在填土上方下垫1cm厚钢板，以确保施工时设备的安全，防止发生设备倾斜、倒伏等险情。

s2、测量放线、桩位确定；

采用全站仪进行轴线桩位定位,按施工设计图放出加固区域的轮廓边线，15~20m间距一道控制点，设立两排临时控制桩、分别距离加固边线1.5m、3m，以便现场施工人员随时控制桩位位置。在施工过程中每天对控制点进行校核，并对控制点做好有效保护。对于加固深度深浅不一的基坑，必须提前做好桩深控制措施。可通过在桩机钻杆上喷画刻度线来控制桩深，施工时按搅拌桩机地面实际标高来控制搅拌桩的桩顶及桩底标高，确保在进行超深淤泥质地层中加固深度满足要求。

s3、开挖沟槽、桩位复核；

根据桩位控制线，采用挖机开挖导槽，并再次清除地下障碍物，导槽尺寸要求为中心线两侧宽各0.5米，深0.5～1.5米，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空地，按时清除场地弃土。在沟槽开挖后，采用施工线连接事先准备的桩位控制桩，再次复核桩的位置。

s4、桩机就位、调平校直；

首先，平面就位，放好桩位后，缓慢移动搅拌桩机到达指定桩桩位，钻头对中；然后，调整搅拌桩机，试运行桩机转向制动、行走制动、钻杆工作制动，双向控制导向架垂直度，在搅拌桩机井架的正面和侧面均应吊挂垂球，垂球质量不小于2kg，根据导向架的吊锤偏移，测定搅拌轴垂直度，通过间接测定导向架垂直度来监测桩身垂直度，可及时发现施工时搅拌桩机是否倾斜，调整导向架垂直度，按设计及规范要求，桩深垂直度应小于1%桩长；最后进行桩位复测，搅拌桩机就位调整好后，根据控制桩检查钻头位置，桩位对中误差不大于5cm。

s5、泥浆拌制；

本实施例中，三轴搅拌桩加固采用42.5普通硅酸盐水泥，实桩水泥掺入比取值22%、空桩部分水泥掺入量取8%，水灰比为1.1；即要求实桩674kg/m，空桩245kg/m；对现场后台施工人员进行交底：在开钻前进行泥浆拌制，按照水灰比1.1:1的参数，保证每盘水泥掺量1000kg水，910kg水泥，进行泥浆拌制，必须保证泥浆比重达到1.49kg/l；水泥浆在搅拌桶中按规定的水灰比配制拌匀后排入存浆桶，再由2台注浆泵抽吸加压后经过输浆管压至钻杆内注浆孔；水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过12小时。

s6、搅拌、喷浆、下沉与提升；

工作人员首先依据前期地质勘探结果，对项目现场管理人员及三轴搅拌桩机操作人员进行地质情况交底，对当前施工范围内地质情况进行说明，在将进入淤泥质地层时，加大钻机转速，提高水泥土置换率，以深层软土中三轴搅拌桩的成桩质量。

搅拌过程中，三轴搅拌桩桩身采用二搅二喷的施工工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，下沉和提升过程中均为注浆搅拌，第一次喷浆量控制在40%，第二次喷浆量控制在60%；严格控制每桶搅拌桶的水泥用量及液面高度，用水泥量采取总量控制，严禁桩顶漏喷现象发生，同时严格控制下沉和提升速度：钻杆下沉速度不大于1.0m／min；提升速度不大于0.8m／min；在桩底部分1m应重复搅拌喷浆。

喷浆过程中，水泥浆通过注浆泵、水泥浆管输送至钻杆头部，现场施工时机械参数严格按照设计参数表及要求执行。

注浆、搅拌、提升过程中，在核定完桩位后，桩机开始搅拌下沉喷浆，待水泥浆到达桩底后，应停留桩底位置喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，按要求的速度提升搅拌头，边搅拌边喷浆，使水泥浆和原地基土充分拌和，直至提升到桩顶设计标高500mm。

s7、弃土处理；

由于水泥浆液的定量注入搅拌孔内，将有一部分水泥土被置换出沟槽内，采用挖机将沟槽内的水泥土清理出沟槽，保持沟槽沿边的整洁，确保下道工序的施工。

清理出的土方堆积时，应按要求堆放，禁止堆放高度过高，被清理的水泥土将在18小时之后开始硬化并进行覆盖，且及时运出场地，土方装车时，禁止堆积过高，防止土方在运输过程中洒落路面。

s8、清洗管路及搅拌头；

在完成一组搅拌桩施工后，将搅拌钻头提升到地面以上，停止主电机，停止空压机，清洗搅拌桩机搅拌头。清洗完毕后，利用搅拌桩机液压系统，将搅拌桩机移至下一位置，重复上述步骤，施工下一组桩。完成当班施工任务时，将制浆桶中加入适量清水，开启灰浆泵，清洗压浆管道及其它所用机具。

参照图1，三轴搅拌桩机包括动力头8、钻杆支撑架9、中轴钻杆1以及外轴钻杆2，外轴钻杆2有两个且位于中轴钻杆1的两侧，中轴钻杆1与外轴钻杆2的底部均安装有钻头，钻头包括位于中轴钻杆1底部的中轴钻头11和位于外轴钻杆2底部的外轴钻头21，中轴钻头11用于松动土体，外轴钻头21用于浆液输送；中轴钻杆1靠近中轴钻头11的底部转动连接对流套筒3。中轴钻杆1与外轴钻杆2均设置有用于将土体与水泥进行搅拌的搅拌扇叶4，搅拌扇叶4螺旋设置且中轴钻杆1上的搅拌扇叶4与外轴钻杆2的搅拌扇叶4的螺旋方向相反。

如图2所示，对流套筒3的直径自中部向两端缩小且对流套筒3设置有对流扇叶31，对流扇叶31螺旋设置且靠近对流套筒3的下端，对流扇叶31的螺旋方向与搅拌扇叶4的螺旋方向相反，对流套筒3远离对流扇叶31的一端设置有副对流片32，副对流片32螺旋设置且螺旋方向与对流扇叶31的方向相反。

对流套筒3的顶部连接有驱动组件5，主动组件的顶部固定连接有驱动支撑架6，驱动支撑架6为一体成型的连杆，中轴钻杆1以及外轴钻杆2均与驱动支撑架6转动连接。驱动组件5包括两个分别位于外轴钻杆2的主动齿51、两个转动连接于驱动支架的联动齿52以及一个固定连接于对流套筒3顶端的从动齿53，联动齿52位于从动齿53与主动齿51之间，从动齿53的中心与中轴钻杆1的中心线共线，从动齿53的中心与外轴钻杆2的中心线共线，位于中间的联动齿52分别与依次连接的额主动齿51以及从动齿53啮合，主动齿51带动联动齿52转动，联动齿52同步带动从动齿53转动，对流套筒3的转向与中轴钻杆1的转向相反。联动齿52沿竖直方向的两端分别固定连接有导向钻头7，位于联动齿52沿竖直方向的上端的导向钻头7穿过驱动支撑架6并与驱动支撑架6活动连接，联动齿52转动过程中带动导向钻头7同步转动。

本申请实施例一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法的实施原理为：三轴搅拌桩机钻进至淤泥质土层后，中轴钻头11用于松动土体，外轴钻头21用于水泥浆液输送，位于中轴钻杆1及外轴钻杆2的搅拌扇叶4用于土体与的水泥的混合，同时，外轴钻杆2与内轴钻杆的转动方向相反，增大土体与水泥的混合效率，外轴钻杆2在转动的过程中带动联动齿52转动，联动齿52带动从动齿53转动，对流套筒3与从动齿53同步转动，位于联动齿52沿竖直方向两端的导向钻头7转动，当三轴搅拌桩机持续向下钻进的过程中，对流套筒3沿中轴钻杆1的反向转动，对流套筒3上的对流扇叶31与中轴钻杆1的搅拌扇叶4螺旋方向相反，土体自对流套筒3与中轴钻杆1交接处的运动方向相反，或沿竖直方向向两侧排出或沿竖直方向朝向交接处混合，土体与水泥的混合效果增大，同时，由于对流套筒3顶部的副对流片32与对流套筒3底部的对流扇叶31螺旋方向相反，对流套筒3沿竖直方向的两端的土体流动方向相反，靠近对流套筒3两端的土体与水泥的混合物同时朝向对流套筒3的中段或远离对流套筒3的中段运动，土体与水泥的混合搅拌效果增大，副对流片32与中轴钻杆1底部的钻头的转动方向一致，对流套筒3周边的土体与水泥的混合过程中，不易受到较远处的土体的影响，同时，位于联动齿52沿竖直方向两端的导向钻头7同步转动，驱动组件5周边的土体松动，减少了驱动组件5运动时的阻力，当对流套筒3转动过程中，带动驱动组件5周边的土体与水泥混合物朝向中轴钻杆1的底部运动，混合较为均匀，或将驱动组件5周边的土体朝向远离中轴钻杆1的底部运动，对流筒体周边的土体与水泥的混合物朝向驱动组件5周边的土体与水泥的混合物冲击混合，混合更加均匀；当三轴搅拌桩机上升动作时，中轴钻杆1与外轴钻杆2均反向转动，同步带动对流套筒3反向转动，土体与水泥的搅拌方向反向混合，提高土体与水泥的混合效率，提高三轴搅拌桩在深层软土中的施工质量。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

技术特征：

1.一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

s1、清除地下障碍物、场地平整；

s2、测量放线、桩位确定；

s3、开挖沟槽、桩位复核；

s4、桩机就位、调平校直；

s5、泥浆拌制；

s6、搅拌、喷浆、下沉与提升；

s7、弃土处理；

s8、清洗管路及搅拌头；

所述s6步骤中，首先根据前期地质勘探结果进行分析，使用三轴搅拌桩机进行螺旋钻孔，当三轴搅拌桩机的搅拌头进入淤泥质地层时，加大三轴搅拌桩机的搅拌头的转速。

2.根据权利要求1所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：s6步骤过程中，三轴搅拌桩桩身采用二搅二喷的施工工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，下沉和提升过程中均为注浆搅拌，第一次喷浆量控制在40%，第二次喷浆量控制在60%。

3.根据权利要求2所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述s6步骤过程中，钻杆下沉速度不大于1.0m／min；提升速度不大于0.8m／min；在桩底部分1m应重复搅拌喷浆。

4.根据权利要求1所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述三轴搅拌桩机包括中轴钻杆(1)以及位于中轴钻杆(1)两侧的外轴钻杆(2)，所述中轴钻杆(1)转动连接有对流套筒(3)，所述对流套筒(3)设置有对流扇叶(31)，所述对流套筒(3)的转向与中轴钻杆(1)的转向相反。

5.根据权利要求4所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述中轴钻杆(1)与外轴钻杆(2)均设置有用于将土体与水泥进行搅拌的搅拌扇叶(4)，所述搅拌扇叶(4)螺旋设置，所述对流扇叶(31)螺旋设置且靠近对流套筒(3)的下端，所述对流扇叶(31)的螺旋方向与搅拌扇叶(4)的螺旋方向相反。

6.根据权利要求5所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述对流套筒(3)远离对流扇叶(31)的一端设置有副对流片(32)，所述副对流片(32)螺旋设置且螺旋方向与对流扇叶(31)的方向相反。

7.根据权利要求6所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述对流套筒(3)连接有驱动组件(5)。

8.根据权利要求7所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述驱动组件(5)包括主动齿(51)、联动齿(52)以及从动齿(53)，所述从动齿(53)固定于对流套筒(3)上，所述主动齿(51)固定于任意一个外轴钻杆(2)上，所述从动齿(53)的中心与中轴钻杆(1)的中心线共线，所述从动齿(53)的中心与外轴钻杆(2)的中心线共线，所述联动齿(52)位于从动齿(53)与主动齿(51)之间，所述联动齿(52)与主动齿(51)以及从动齿(53)啮合。

9.根据权利要求8所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述三轴搅拌桩机还包括驱动支撑架(6)，所述中轴钻杆(1)以及外轴钻杆(2)均与驱动支撑架(6)转动连接，两个所述外轴钻杆(2)均固定有主动齿(51)，所述联动齿(52)转动连接于驱动支撑架(6)上。

10.根据权利要求9所述的超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其特征在于：所述联动齿(52)沿竖直方向的两端固定连接有导向钻头(7)。

技术总结

本申请涉及一种超深淤泥质土层三轴搅拌桩加固施工方法，其包括以下步骤：S1、清除地下障碍物、场地平整；S2、测量放线、桩位确定；S3、开挖沟槽、桩位复核；S4、桩机就位、调平校直；S5、泥浆拌制；S6、搅拌、喷浆、下沉与提升；S7、弃土处理；S8、清洗管路及搅拌头；所述S6步骤中，首先根据前期地质勘探结果进行分析，使用三轴搅拌桩机进行螺旋钻孔，当三轴搅拌桩机的搅拌头进入淤泥质地层时，加大三轴搅拌桩机的搅拌头的转速。本申请具有提高加固质量，使得三轴搅拌桩在深层软土中的施工质量较好的效果。

技术研发人员：肖昌军;谭伟生;谭远志;杨登献;辜勤昆

受保护的技术使用者：中铁广州工程局集团有限公司;中铁广州工程局集团城轨工程有限公司

技术研发日：2021.01.13

技术公布日：2021.05.28