引言

地铁基坑变形和地面沉降对地铁基坑的稳定性、安全性和工期会产生不利影响。尤其在淤泥质等软弱地层中，地基加固对控制地铁基坑变形和地面沉降就显得尤为重要。三轴水泥搅拌桩是一种新型软弱地基加固技术，通过将水泥与土体充分搅拌混合，形成具有整体性、水稳性和一定强度的复合地基，从根本上提高地基承载力，增强基坑稳定性，从而有效控制地铁基坑变形和地面沉降。

1三轴水泥搅拌桩地基加固原理

三轴水泥搅拌桩地基加固原理是通过三个轴向的搅拌器同时进行水泥浆的搅拌和注入，将水泥浆与土体混合形成复合地基。在施工过程中，首先将三轴搅拌桩机械安装在地基表面，然后将水泥浆通过搅拌器注入到土体中。搅拌器的旋转将水泥浆与土体混合，并使水泥浆在土体中形成一个固结体。同时，搅拌器的轴向运动将水泥浆向土体深部推进，从而达到加固地基的目的。另外，由于水泥浆的注入，土体的颗粒被胶结在一起，形成了一个紧密的结构，从而提高了地基的渗透性和抗液化性能。三轴水泥搅拌桩地基加固技术适用于淤泥质土及软黏土地基的加固。

2软弱地层下地铁基坑工程实例背景

（1）工程地质概况

该工程场地地貌类型单一，属于冲湖积平原。根据勘察的地基岩土，划分为7个工程地质层，并细分为22个工程地质亚层。在基坑开挖深度范围内地层主要为①1a层杂填土、①1b层素填土、①2层黏土、①3b层淤泥质黏土、②2a层淤泥、②2b层淤泥质黏土、③1b层粉砂，除车站主体结构东侧涉及砂土层外，其余基本以流塑状的淤泥质土及软黏土为主。

根据本车站纵断面图和场地地层条件，本地下车站主体结构基坑底板基本位于②2b层淤泥质黏土和③1b层粉砂中，附属结构基坑底板基本位于②2a层淤泥和②2b层淤泥质黏土中，附属结构基坑斜坡处土层涉及到①1a层杂填土、①1b层素填土、①2层黏土、①3b层淤泥质黏土、②2a层淤泥和②2b层淤泥质黏土，上述土层均匀性较差，且土层性质较差，在附加荷载及地铁运营期间动荷载作用下易产生较大沉降和不均匀沉降。

（2）设计概况

该车站站型为地下二层岛式车站，车站主体规模为18.3m×463.05m（内净），站台中心处顶板覆土约2.95m，底板埋深约17.5m。车站共设置3个地面出入口，3组风亭组，A、B、C号风亭组均位于盛莫路西侧地块内，附属结构均为地下一层结构。

根据场区地质状况和工程特点，车站大小里程端头井坑底以下3m采用∅850@600裙边加抽条三轴搅拌桩加固，标准段3~54轴坑底以下3m采用∅850@600三轴搅拌桩抽条加固，搅拌桩顶至第二道支撑底采用弱加固，与地下墙之间的500mm空隙采用高压喷射注浆填充。对下翻梁底以下2m范围内采用∅850@600三轴搅拌桩加固，加固范围为梁边外扩1.5m，搅拌桩顶至第二道支撑底采用弱加固。

坑内地基加固基坑底至坑底下3m均采用搅拌桩强加固，水泥掺量不宜小于20%，水灰比宜为1.2~2.0，加固体强度qu28≥0.8MPa；上部土采用弱加固，水泥掺量为8%，标高至第二道钢支撑底部。施工前应根据设计要求进行工艺性试桩，并应根据工艺性试桩结构确定相关施工参数；工艺性试桩数量不应少于2根。

3三轴水泥搅拌桩地基加固施工工艺和方法

施工流程图：

(1)施工参数的确定

三轴水泥搅拌桩质量主要与搅拌次数、喷浆压力、水灰比和浆液注入量有关，经过试桩施工确定浆液水灰比和水泥浆的注入量、喷浆提升速度等参数。

1.根据水泥掺量计算每根桩延米水泥浆注入量。

2.采用“两喷四搅”的施工工艺，在每次提升时喷浆。

3.钻杆提升速度根据灰浆泵的泵量(L/min)以及注浆量确定。

4.三轴水泥搅拌桩应严格控制下沉和提升速度，搅拌下沉速度宜为0.5m/min~1.0m/min，提升速度宜为1m/min~2.0m/min，在桩底部分重复搅拌注浆，确保全部水泥土每遍搅拌次数≮20次，并做好原始记录。

(2)测量放样

①根据场地条件，布置桩位。桩位宜布置在沟槽一侧，而且应不受沟槽开挖的影响，距离围护结构中心线宜为1.5m～2m。

②考虑搅拌桩施工工艺和施工误差的影响因素，施工时导墙加固内侧外放10mm。

(3)制备水水泥浆液

在施工前安放散装水泥罐，在开机前进行水泥浆液的搅制。水泥浆液的水灰比为1.5-2.0。采用42.5级新鲜普通硅酸盐水泥，按照水灰比1.5的比例进行水泥浆拌制，每次投料后拌合时间不少于1min，配制好的水泥浆液输送至储浆罐为三轴搅拌设备连续供浆。注浆压力为0.8MPa，以浆液流速控制水泥掺量以确保，搅拌土体28天抗压强度不小于0.8MPa。

(4)预拌下沉喷浆

开机前必须调试，检查桩机运转和输浆管畅通情况。待搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机，根据提前计算的下沉速度，缓慢下放钻头放至桩底标高。

(5)提升喷浆

搅拌机下沉至设计标高后，开启水泥浆泵，边喷浆边搅拌，使水泥浆和原地基土充分拌和，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。

对现场压浆泵的流量、水泥浆比重进行实测，然后与理论数据相比较，通过调整使实测数据与理论数据相吻合，确保成桩质量。

(6)移位

挪动三轴搅拌桩机，重复进行上述步骤的施工。

三轴搅拌桩“连续”施工顺序图

4施工质量控制措施

（1）孔位放样误差±50mm，桩径不小于850mm，桩长不小于设计值。桩与桩的搭接时间不宜大于24h，若超时应作为冷缝处理。桩机应平稳、平正，并用全站仪控制垂直度，桩机就位，移动前、后检查定位情况并及时纠正。

（2）选择性能稳定、精度高的三轴搅拌桩机，并进行正确的安装和调试。施工过程中，在桩架上两个方向设置水平尺及3m高的垂直线球，并时刻保持垂直线球在刻度范围内，以确保桩机的垂直度。

（3）按照试桩工艺确定的参数施工，喷浆要求均匀，连续一根桩打完后，喷浆量误差控制在2%以内，如发现浆液不足，应停钻搅拌，满足喷浆搅拌后继续施工。

(4)浆液拌制

①水泥应过筛使用，搅拌好的浆液应防止离析，保证浆液充足防止断浆。水泥浆液的拌制数量、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间应按实做好记录；严格依据配合比确定搅拌罐水泥用量，每罐浆液搅拌时间不小于120秒，以保证浆液的均匀性。

②搅拌好的浆液，储存到集料斗并慢速搅拌，防止浆液沉淀、离析，影响成桩质量或堵塞输浆管路。严禁使用不合格水泥。

5施工效果

经工程实践证明，三轴水泥搅拌桩地基加固对控制基坑变形和周围建筑物及管线的沉降具有较好的效果。在基坑开挖之前，通过对周围土体进行加固，形成具有一定强度的复合地基，从而提高基坑土体的承载力，减小周围建筑物和管线的沉降量。通过对基坑周围的建筑物和管线进行监测，可以发现，采用三轴水泥搅拌桩地基加固技术后，周围建筑物和管线的沉降量明显减小，保证了基坑在开挖过程中的安全和稳定。

在实际应用中发现三轴水泥搅拌桩地基加固还可以减少基坑开挖过程中的渗漏、突涌等问题。由于该技术能够有效地将水泥浆注入土体，形成具有一定强度的复合地基，从而提高土体的防渗性能，减少基坑开挖过程中的地下水渗漏、突涌等问题。

综上所述，三轴水泥搅拌桩地基加固技术对控制基坑变形具有较好的效果，能够提高地铁深基坑在开挖过程中的安全性和稳定性，减小基坑开挖对周围环境的影响，同时还可以减小基坑开挖过程中的渗漏问题。

6结语

文中在简要介绍三轴水泥搅拌桩地基加固作用原理和适用范围的基础上，进一步分析了三轴水泥搅拌桩地基加固施工工艺和施工控制措施，最后对三轴水泥搅拌桩地基加固在工程实际中的效果进行了总结。

三轴水泥搅拌桩地基加固技术是一种高效、环保、经济的地基加固方法。三轴水泥搅拌桩地基加固技术在地铁基坑中的应用效果较好，具有广泛的应用前景。在实际工程中，应根据地基的性质和基坑工程的特点，合理选择地基加固方法，确保基坑工程的安全和稳定。

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