六轴水泥土搅拌桩施工设备的研发

丁清鹏

(上海强劲地基工程股份有限公司，上海 200233)

在对软弱土层进行加固和基坑支护时，常常采用水泥浆与土体搅拌的方法，形成水泥土搅拌桩体，从而使软弱地基的强度和止水性有较大的提高。通常采用的方法为SMW工法桩［1，2］。当采用三轴水泥土搅拌桩施工设备进行施工时，三轴搅拌桩之间相互存在搭接缝，如图1所示。搭接缝过多，容易造成开叉和渗漏，这对水泥土搅拌墙的止水性有很大影响。

图1 三轴搅拌桩间搭接缝示意图

另外对于单轴或二轴水泥土搅拌桩机，其功率较小，桩架稳定性差，桩机移动以人工加钢丝绳牵引，在施工中要频繁移机，占用大量的工作时间，影响施工效率，针对以上问题，为了减少移机次数和搭接缝，降低施工成本和提高工效，单轴搅拌桩或二轴搅拌桩，一次施工形成的水泥土搅拌桩数量小。为此，一次形成较长的水泥土搅拌桩墙是地基加固和基坑支护领域的一种新需求。

1 六轴水泥土搅拌桩施工设备构成

1)六轴顾名思义，在机架上设置有六根钻杆，六根钻杆上部为动力箱，每根钻杆下部设置麻花钻，钻杆上则设置搅拌叶片(见图2)。为了防止前部的麻花钻转动时相互干涉碰撞，相邻两个钻杆下端的钻头不在同一高度上，即钻头错位布置，搅拌叶片或刀片径向长度为d，相邻钻杆的间距为D，d＞D/2。该种尺寸布置，钻头和叶片形成的搅拌桩中间无缝隙，形成带有六根搅拌桩的一幅桩，止水效果好。相邻钻杆之间的间距为200 mm～1 500 mm。搅拌叶片或刀片径向长度为150 mm～1 400 mm。或者所有钻杆在所述钻杆下部的钻头处于同一高度(见图3)，开始转动前，人工布局使得搅拌钻头相互不干涉，那么所有钻杆匀速同步转动时，则也相互不干涉。此种结构对钻杆同步运动要求较高，土层均匀度要求要好，一旦某个钻杆卡住则会发生钻头相互碰触事故。2)所述钻杆为中空钻杆，内部设置有注浆通道，钻杆前端设置有喷浆孔。这样可以在钻进过程中进行喷浆，或者上提钻杆时喷浆。使用时钻杆全部或者部分为喷浆管。该种设备，取消了原来设备中的喷浆管，直接利用钻杆的中空通道进行喷浆或者喷气。3)由于钻杆作为喷浆管，钻杆上设置有旋转接头，旋转接头连接注浆管;进行施工时，钻杆转动，而与注浆管连接的套管不转动，浆液通过注浆管注入到钻杆内(见图4)。4)六根钻杆上方连接六个驱动电机，驱动电机驱动钻杆转动。每个钻杆单独连接一个电机，结构简单，便于制造，也便于将钻杆数目扩展。5)根据本设备的原理，可以将六轴水泥土搅拌桩施工设备扩展为七轴、八轴甚至更多轴的设备。

图2 麻花钻及搅拌叶片示意图

图3 钻杆布设示意图

图4 浆液注入钻杆示意图

2 六轴水泥土搅拌桩施工方法

方法1，见图5a)。1)采用六轴搅拌桩施工设备施工第一幅桩;第一幅桩由六根水泥土搅拌桩组成;六轴搅拌桩施工设备同时形成六根水泥土搅拌桩，六根水泥土搅拌桩在同一竖直面上，相邻桩体互相搭接;2)采用六轴搅拌桩施工设备施工第三幅桩，第三幅桩与第一幅桩相互间隔一定距离;3)采用六轴搅拌桩施工设备施工第二幅桩，第二幅桩与第一幅、第三幅桩相互搭接，搭接范围20 mm以上;4)采用六轴搅拌桩施工设备施工第五幅桩，第五幅桩与第三幅桩相互间隔一定距离;5)采用六轴搅拌桩施工设备施工第四幅桩，第四幅桩与第三幅、第五幅桩相互搭接;6)依次重复1)，2)，3)，4)，5)步骤直至形成设计要求的水泥土搅拌墙。

图5 六轴水泥土搅拌桩施工示意图

方法2，见图5b)。1)采用六轴搅拌桩施工设备施工第一幅桩;第一幅桩由六根水泥土搅拌桩组成;六轴搅拌桩施工设备同时形成六根水泥土搅拌桩，六根水泥土搅拌桩在同一竖直面上，相邻桩体互相搭接;2)采用六轴搅拌桩施工设备施工第二幅桩，第二幅桩与第一幅桩相互搭接，搭接范围20 mm以上;3)依次施工第三幅、第四幅水泥土搅拌桩直至形成设计要求的水泥土搅拌墙，每幅水泥土搅拌桩与前一幅水泥土搅拌桩搭接。无论是方法1还是方法2都可以大幅提高搅拌桩施工效率，可以根据工程实际情况不同，选择方法1或者方法2。

3 六轴水泥土搅拌桩施工效果

通过本设备施工形成的六轴水泥土搅拌桩(见图6)，一幅水泥土搅拌墙由多根竖向相互搭接的水泥土搅拌桩组成，多幅水泥土搅拌墙相互搭接形成更长的水泥土搅拌墙，每幅水泥土搅拌墙由六根竖向的水泥土搅拌桩组成，六根水泥土搅拌桩同一时间形成，六根水泥土搅拌桩在同一竖直面上，相邻桩体互相搭接;相邻的水泥土搅拌墙相互搭接。

图6 六轴水泥土搅拌桩示意图

在软土地基中施工，一次施工六根水泥土搅拌桩，比传统的三轴钻机设备提高效率2倍以上，并减少了一半以上的搅拌桩接缝。减少了原单轴或二轴水泥土搅拌桩形成的多道接缝，提高了施工效率，减少了用工量，弥补了三轴搅拌桩置换土多、水灰比大、水泥掺量大等缺陷，缩短施工工期2/3以上。

［1］ 朱俊坡.基坑支护工程三轴搅拌桩施工方案［J］.建筑技术，2010(6):81-82.

［2］ 张 璞，柳荣华.SMW工法在深基坑工程中的应用［J］.岩石力学与工程学报，2000(6):37-38.