路基处理中的钉形水泥土双向搅拌桩技术

路基处理中的钉形水泥土双向搅拌桩技术

谢中健

谢中健

佛山市三水区交通建设投资有限公司528100

摘要：随着我国高速公路建设步伐的加快，越来越多的公路需要进行软土路基的处理，而水泥搅拌桩作为一种可以明显提高软弱地基的承载力和减小沉降量的技术，具有施工简便、工期短、振动小等优点，在软基处理中得到了广泛的应用。本文通过介绍钉形水泥土双向搅拌桩试验段的试验情况，对钉形水泥土双向搅拌桩加固软土地基的效果进行了分析。

关键词：钉形水泥土双向搅拌桩；搅拌桩；工艺性试桩

1、工程实例

广东某工程6条市政道路均为城市次干路，双向四车道，设计车速为40km/h。其中3号路道路红线宽度为40m，其横断面布置形式为40m。1、2、4、5、6号路标准横断面为30米。由于路线所处的地区缺少合适的路基填土，路基填料采用中粗砂填筑路基，所用砂应满足路基压实标准及填料强度要求。路基填料水冲加振动压实，分层采用振动力不小于300KN的振动压路机压实，压实时，每种填料的松铺厚度应该通过试验确定，最大松铺厚度不宜超过50cm，边坡外包粘性土，并且用振动压路机压实。路基两侧设置1m厚粘性土包边，填砂路基顶部设50cm粘土封层。包边土和顶面封层的填料，宜采用塑性指数不小于12的粘性土。

2路基处理方案

对于软土埋置深度小于3m的路段（含硬壳层）采用浅层换填的方法进行处理，清除浅层淤泥，换填砂性土、粗颗粒土等透水性土。根据地质勘察报告，本项目场地内淤泥深度12m～26m，含水量高，孔隙比大，设计采用水泥搅拌桩复合地基处理方法进行处置。

图1钉形水泥土双向搅拌桩示意图

水泥搅拌桩的目的主要是为了满足稳定和沉降的需求，为了达到预期效果，施工时应采取多种措施或采用新工艺、新方法来确保水泥土的强度和水泥搅拌桩的效果。稳定安全系数应大于1.2，一般路段设计年限内容许工后沉降小于30cm，涵洞地基段容许工后沉降小于20cm。

2、4、5、6号路采用直径60cm水泥搅拌桩处理，行车道间距1.3米，人行道及非机动车道、填方边坡范围内间距1.5m，三角形布置。

图2钉形水泥土双向搅拌桩布桩示意图

3号路采用扩大头桩径1m，下部桩径0.6m的钉型与双向水泥搅拌桩处理，行车道间距1.8米，绿化带、人行道、非机动车道及填方边坡范围内间距2.0m，三角形布置。

3材料要求

①桩体材料要求：水泥搅拌桩水泥采用42.5R级硅酸盐水泥作为固化剂，水泥含量不小于15％。桩体强度（28天龄期）≥1MPa，单桩承载力≥150KN，复合地基承载力≥120KPa。桩体的水灰比暂定为1：0.55，施工前应根据室内配合比试验结果、输浆的难易程度剂地基土的含水量确定最佳的水灰比。

②碎石垫层：凿桩头后在桩与路基间铺设50cm厚碎石垫层，碎石最大粒径不应大于20mm。

③土工格栅：土工格栅拟采用钢塑复合双向土工格栅，每延米抗拉屈服力≥60KN/m，屈服伸长率≤3%，2%伸长率时的拉伸力≥50KN/m，焊点剥离力≥30N。

④水宜采用饮用水，使用非饮用水时须经化验并符合，硫酸盐含量不超过2700mg/L，含盐量不得超过5000mg/L，PH值不得小于4。

4施工准备

在钉形与双向水泥土搅拌桩施工前，必须做好施工现场的开工准备工作，具体包括以下几方面：

①施工场地已平整，地上、地下障碍物已清除，场地满足桩机的移位要求；

②按照设计图纸的要求进行施工放线、确定桩位；

③根据工艺性试桩的结果，确定钻进及提升速度、工作压力、最佳灰浆稠度等技术参数，制定施工组织设计和质量控制措施；

④准备好施工所需的各种材料，并检验合格。

5场地整理及试桩

施工前应事先平整场地，清除表土、地下和地上障碍物，遇有明浜、池塘及洼地时应抽水和清淤，回填粘性土料至设计桩顶标高并压实，不得回填杂填土或生活垃圾。为严格控制钉形水泥土双向搅拌桩的施工质量，更科学地指导施工，在正式开工前，必须进行现场试桩检验，试桩的主要目的是：

⑴满足设计要求的试桩

根据地质报告及当地经验，选定桩型及单桩竖向承载力特征值。

试桩的目的是：①进一步确定所选桩型的施工可行性，避免桩机全面进场后发现该桩型不适合本场地施工或发现桩承载力远小于地质报告提供的计算值，此时再改桩型就会拖工期且增加费用。②根据单桩竖向静载荷试验确定单桩竖向承载力特征值。由于地质报告提供的数值往往偏于保守，所以可以根据静载报告提高桩承载力，减少桩数。

⑵满足施工要求的试桩

不同地段具有不同的地质条件，为了克服盲目性，确保收到预期的效果，在施工前必须进行工艺试桩，试桩数量不少于5根。

试桩的目的是：①提供满足设计的各种操作参数。如管道压力、钻机提升速度、钻进速度、搅拌速度等；②验证搅拌均匀程度及成桩直径；③确定该地质条件下，符合质量要求的合理掺灰量；④确定该地质条件下，合理的工艺流程。

6、施工工艺

不同于常规水泥土搅拌桩的四搅两喷施工工艺，钉形水泥土双向搅拌桩采用两搅一喷工艺施工（变截面处四搅两喷）。桩机运至工地后，先行安装调试，待钻机运转正常、浆泵及计量设施一切调试正常后，桩机移至桩位，开始施工。

图3钉形水泥土双向搅拌桩施工工艺流程图

⑴整平场地；

⑵测量、放线，布置桩位；

⑶搅拌机定位：缩进伸缩叶片，起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中；

⑷切土下沉：启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到设计深度；

⑸提升搅拌：关闭送浆泵，搅拌机提升、两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，至地表或设计桩顶标高；

⑹切土下沉：调整伸缩叶片达上部桩体直径，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到变截面设计深度；

⑺提升搅拌：搅拌机提升、关闭送浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm；完成钉形双向搅拌桩单桩施工。

7钉形水泥土双向搅拌桩施工注意事项

在场地平整及试桩后，可以正式开始钉形水泥土双向搅拌桩施工，其施工如下：

⑴搅拌机就位：起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中；

⑵喷浆下沉：启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转（外钻杆逆时针旋转，内钻杆顺时针旋转）切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到扩大头设计深度；

⑶施工下部桩体：改变内、外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到下部桩体直径；喷浆切土下沉：两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直至设计深度；桩端应就地持续喷浆搅拌10s以上；

⑷提升搅拌：搅拌机提升、关闭送浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，至扩大头底面以下0.5m～1m，开启送浆泵，向土体喷浆，直至扩大头底面标高；

⑸伸展叶片：改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展至扩大头径；提升搅拌：提升钻杆，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm，关闭送浆泵，将钻头提升出地表，并观察叶片展开程度；

⑹切土下沉：搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵，向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直至扩大头设计深度；

⑺提升搅拌：关闭送浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表或设计桩顶标高以上50cm，完成单桩施工。一般情况下，下部桩体采用“两搅一喷”即可，而扩大头部分为保证施工质量，宜采用“四搅四喷”。

8成桩后质量检测

⑴成桩质量检查

钉形水泥土双向搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程，应坚持全程的施工监理。施工过程中随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。

检查重点是：水泥用量、桩长、内外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停浆处理方法和单桩施工时间等。

单桩施工结束后，应对桩位偏差、桩径、单桩水泥用量以及单桩施工时间进行检查。其中桩位偏差不大于50mm，桩径和单桩水泥用量不小于设计值，单桩施工时间不小于由工艺试桩确定的时间值。

⑵桩身质量检测

成桩后3d内用轻便触探器进行N10检测，检查每米桩身的均匀性，检查量为成桩数的1%，各区应均匀分布且每区不少于3根。成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，量测直径，总桩数的5％。

钉形水泥土双向搅拌桩成桩28d后应进行标准贯入试验和取芯进行室内无侧限抗压强度测试。桩体无侧限抗压强度应≥1Mpa。

为保证试块尺寸，水泥搅拌桩桩径：0.60m；钉型桩桩径：扩大头1m，下部0.6m。检验桩数应随机抽取总桩数的5%，且不少于3根。对钉形水泥土双向搅拌桩扩大头部分宜在小直径桩外取芯，通过芯样对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等作综合评价。

⑶承载力检测

成桩后28d后，采用单桩载荷试验，检测水泥搅拌桩竖向承载力，采用复合地基载荷试验，检测复合地基承载力，检测数量为成桩数的0.5%，各区应均匀分布且每区不少于3根。要求：单桩承载力≥150KN，行车道复合地基承载力≥120kPa，非行车道复合地基承载力≥100kPa。

9、经济效益分析

广东某工程根据场地岩土工程勘察报告，上部需处理的淤泥厚度约21~22米；相关规范规定常规搅拌桩处理深度一般不大于15米，而钉形双向搅拌桩处理深度可达25米，其最大优势就在于处理深度大大加深。从设计图纸中也可看出，常规搅拌桩设计处理深度18米，未进入下部持力层；而钉形双向搅拌桩设计处理深度为21~22米，进入了下部持力层。

根据《特殊路基设计工程数量表》，经过计算得知：按常规搅拌桩设计，处理深度18米，总米数674331米；计算的总方量约为19万立方米。按钉形双向搅拌桩设计，处理深度21~22米，总米数376773米，计算的总方量约为14.17万立方米。

虽然钉形双向搅拌桩比常规搅拌桩处理深度多3~4米，但总米数反而少近300000米，总方量节省4.83万立方米；经济效益还是相当明显的。工作量减少，施工工期也将大大缩短。由于场地淤泥较厚，如采用其他处理方法，费用将大大增加。

结语

综上所述：本工程采用钉形双向搅拌桩的方法处理软基，工艺流程简单，操作方便，不但桩身质量有保证，施工效率也大幅提高，缩短工期、节约成本，为后期施工赢得时间。因此在市政道路软土路基处理中具有推广价值。

参考文献：

[1]周丽军.钉形水泥土双向搅拌桩施工控制要点[J].安徽建筑，2011（03）.

[2]李伟明.钉形水泥土双向搅拌桩处理软土路基的设计与施工技术探讨[J].交通标准，2011（12）

[3]苏JG/T024-2007.钉形水泥土双向搅拌桩复合地基技术规程[S].

[4]储海岩．双向水泥土搅拌桩加固软土地基试验研究[J].岩土力学，2007.