钉形水泥土双向搅拌桩加固城市软基道路的施工技术探讨

钉形水泥土双向搅拌桩加固城市软基道路的施工技术探讨

黄淑霞

黄淑霞

广东远峰建设工程有限公司广东佛山528299

摘要：采用合理的施工技术能有效提高施工的质量。本文结合某工程为例，阐述了钉形水泥土双向搅拌桩的技术原理和加固软基的施工工艺，结合超长钉形搅拌桩的施工难点，对施工设备和施工工艺进行了改良和优化，完成了钉形水泥土双向搅拌桩的施工，施工完成后，检测结果说明了钉形水泥土双向搅拌桩处理的各项数据都满足设计要求，值得其他工程参考。

关键词：软土地基；超长钉形水泥土双向搅拌桩；复合地基；施工技术

引言

随着我国经济的不断增长，城市建设工程项目越来越多，施工质量的重要性日益突出。但是在某些工程中，由于没有采取合适的施工技术，施工质量管理不到位，导致工程的质量得不到提高。如何控制施工技术和施工的质量成为了施工人员需要解决的问题，下面就结合实例对此进行讨论分析。

1工程概况

某工程全长约11km，道路采用城市I级次干路建设标准和堤路结合方式。道路场地主要为水塘、沟渠和农田，场地软土（主要为淤泥质土）广泛分布，有2层不良工程地质层：第1层为水塘、沟渠表层；第2层为淤泥质粉质黏土～淤泥质黏土。软土层具有触变性、流动性、不均匀性、高压缩性等特点。路段填方高度大多为5.0～6.0m，水塘内填方高达8.0m，为高填方软土地基路堤。

工程区的主要地层为人工填土层（Qme）、第四系全新统冲积层（Q4al），土层自上而下分述如下。

①2层：素填土，灰褐色，湿，以可塑状黏性土为主，夹植物根茎及少量碎石，土质欠均匀。层厚2.0～13.5m，整个场地分布。

①3层：淤泥，灰黑色，流塑，夹有少量生物残骸，含大量有机质，该层分布于河床和鱼塘表层，层厚一般0.2～1.5m。

②1层：粉质黏土，灰黄～灰褐色，湿，可塑～软塑，见有少量灰白色铝土质和黑色氧化物斑点，局部夹薄层粉土。层厚1.0～9.0m，整个场区均有分布。

②2层：淤泥质粉质黏土～淤泥质黏土，灰～灰褐色，饱和，软～流塑，局部夹薄层砂土、粉砂，少量腐殖质，局部为黏土。层厚0.6～15.0m，整个场区均有分布。

③1层：细砂夹粉质黏土，灰色、青灰色，饱和，稍密至中密状，局部夹粉质黏土。层厚一般9.0～35.0m，整个场区均有分布。土层的主要物理力学性指标见表1。桩号K8+720—K9+028段采用25m超长钉形双向水泥土搅拌桩进行软土地基加固处理，以满足承载力和沉降要求。

表1土层物理力学性能指标

2钉形搅拌桩基本原理

钉形水泥土双向搅拌桩是新型的水泥土搅拌桩，通过对普通水泥土搅拌桩成桩机械进行改装而成，它结合了双向水泥土搅拌技术和变截面水泥土搅拌桩2种技术。双向水泥土搅拌桩技术：即通过对搅拌桩传动系统进行改装，由单动力装置改装成双动力装置，采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片，在外钻杆上设置反向旋转叶片，内、外钻杆的旋转方向相反，通过正、反向旋转叶片同时双向搅拌，阻断水泥浆上冒，提高了水泥土搅拌的均匀性。变截面水泥土搅拌桩技术：将搅拌叶片改进为能伸缩叶片，在桩长深度范围内，通过伸缩旋转叶片可形成不同直径的桩体。在桩体的上部张开旋转叶片形成扩大头，即钉形搅拌桩。

钉形水泥土双向搅拌桩与普通水泥土搅拌桩相比具有以下特点：

（1）桩身质量较均匀；

（2）功效高；

（3）加强了土体上部复合地基强度，减小了路基沉降；

（4）增大了桩距，更加经济。

3钉形搅拌桩施工工艺

钉形双向水泥土搅拌桩扩大头部分采用“4搅3喷”工艺，扩大头以下部桩身采用“2搅1喷”工艺。普通钉形双向水泥土搅拌桩的施工工艺如图1所示。

图1钉形水泥土双向搅拌桩施工工艺图

（1）桩机定位：放样、定位，将打桩机移至指定桩位并对中。

（2）切土下沉：启动搅拌机，叶片伸展到扩大头设计直径，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启灰浆泵向土体喷水泥浆，2组叶片同时正、反向旋转，切割搅拌土体，直到扩大头设计深度。

（3）缩径切土下沉：改变内外钻杆的旋转方向，使叶片收缩至下部桩体设计直径，2组叶片同时正、反向旋转，切割搅拌土体，直至设计深度，在桩底持续喷浆搅拌不少于10s。

（4）提升搅拌：关闭灰浆泵，提升搅拌机，2组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至扩大头底面。

（5）扩径提升搅拌：改变内外钻杆的旋转方向，使叶片伸展至扩大头直径，开启灰浆泵，2组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表或桩顶以上50cm，关闭灰浆泵，并检查搅拌叶片是否伸展至扩大头直径。

（6）搅拌下沉：开启灰浆泵，2组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至扩大头设计深度。

（7）提升搅拌：关闭灰浆泵，提升搅拌机，2组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表或桩顶以上50cm。

（8）桩顶处理：桩顶1.0～1.5m的范围内进行二次喷浆搅拌，并人工修整。

4超长钉形搅拌桩施工

该工程钉形水泥土双向搅拌桩设计采用正三角形布置，桩间距1.8m，设计桩长为25m，钉形搅拌桩扩大头直径1.0m，扩大头长度4m，下部桩体直径0.6m。要求水泥土搅拌桩施工完成后28d桩身取芯无侧限抗压强度不小于1.0MPa，复合地基承载力不小于120kPa。搅拌桩采用PC32.5级复合硅酸盐水泥，水泥用量为原状湿土质量的12%～15%，现场取土进行水泥土配合比试验，水灰比0.45～0.50。

4.1施工难点

水泥土搅拌桩一般处理深度不大于20m，为保证成桩质量常将处理深度控制在15m。当设计桩长达到25m时，虽采用钉形双向水泥土搅拌的新工艺，但施工难度仍较大，施工难点主要有：

（1）25m长钉形双向水泥土搅拌桩的施工经验少，对具体的工艺参数需进行现场试验后确定，需对原有施工工艺进行优化，经检测桩身质量满足设计要求后方可实施。

（2）超长的钉形桩施工对施工设备的性能要求较高，目前钉形桩常利用普通深层搅拌桩机械为机架，配上双向动力箱体和变径钻头等装置改造而成，存在搅拌桩施工机械结构单薄，稳定性较差的问题，它限制了钉形桩的处理深度，不能满足超长桩的施工要求。

因此，要确保25m长钉形桩的施工质量，需采取改进施工设备，现场试验确定工艺参数，优化施工工艺等措施。

4.2施工设备

普通水泥土搅拌桩施工桩架尺寸、塔架高度及动力机功率均不能满足超长钉形桩的施工要求，主要问题有：桩架动力箱体出现故障的频率加大，功效降低；桩架晃动较大，桩机自身稳定性差等。因此，需重新设计符合施工25m长钉形水泥土双向搅拌桩的成桩机械。

采用SJB型桩机结构，桩架尺寸由9m×4.5m扩大至10.5m×4.5m，动力箱功率由原来的2×37kW增大为2×45kW，塔架高度为30m，动力箱质量1.5t。配置2台容积为0.5m3的灰浆搅拌机，泵量为50L/min，泵压1500kPa，经施工现场试桩测试，满足施工25m钉形搅拌桩的施工要求。

4.3工艺性试桩

为保证超长钉形水泥土双向搅拌桩的施工质量，指导全线施工，在正式施工前，进行了工艺性试桩，主要解决以下问题：

（1）确定水泥浆的密度和喷浆量，选择合适的输浆泵；

（2）标定桩机的实际喷浆量与电脑控制台的记录是否一致，以便于后期的施工控制；掌握下沉和提升的阻力情况，选择合理的搅拌头形式、设备功率及搅拌叶片的宽度和倾角等；

（3）验证室内试验确定的配合比、水灰比是否满足设计要求，是否需要掺加外加剂；

（4）掌握搅拌桩提升、下沉、复搅的速度，确保搅拌均匀，喷浆量满足要求；

（5）验证桩身尺寸和桩身强度、质量的均匀性等；

（6）检验复合地基承载力是否满足设计要求。

通过现场试验，确定水泥掺量为原状湿土质量的15%，水灰比为0.5，外加剂采用江苏博特SBTJM-Ⅵ型减水剂，掺量为水泥质量的1%，水泥浆相对密度为1.71。搅拌桩机施工控制参数为：钻进喷浆速度V≤0.5m/min，平均提升速度Vp≤0.8m/min，内钻杆转速≥50r/min，外钻杆转速≥70r/min。

4.4施工质量控制

钉形水泥土双向搅拌桩的施工应强化过程质量控制，施工中随时检查施工记录和计量记录。只有施工过程的质量得到有效控制，才能确保成桩质量和地基加固的效果。施工过程中需重点做好以下几点：

（1）根据设计文件，绘制桩位布置图，避免施工过程中出现漏打。现场桩位放样准确，偏差不大于50mm。

（2）桩机就位前，需平整场地，避免因施工场地不平或软弱引起桩机倾斜。

（3）水泥浆严格按配合比的要求进行拌制，严格控制水泥浆密度和水泥浆量，确保每根桩的水泥用量符合设计要求。

（4）施工时钻进、提升速度应严格按试验所得参数进行，钻进、提升速度控制不好，会影响桩身质量的均匀性。当搅拌至桩底时，应持续喷浆搅拌不少于30s，保证桩底的施工质量。

（5）提升时检查扩大头叶片是否能正常伸缩，确保扩大头的桩径和高度达到设计值。

5钉形搅拌桩检测

5.1桩身质量检测

（1）钉形水泥土双向搅拌桩成桩7d后，采用浅部开挖观察桩体成形情况和搅拌的均匀程度，并检验桩径，检查频率为1‰，且不少于3根。

（2）钉形水泥土双向搅拌桩成桩28d后，按《江苏省高速公路水泥搅拌桩检测工作实施细则》进行取芯，进行水泥土无侧限抗压强度和标准贯入试验。

通过现场浅部开挖观察桩体和28d成桩质量检测，扩大头桩径和桩长均满足设计要求，桩身质量均匀，芯样坚硬，桩底处芯样处于硬塑状态，下部桩身长度满足设计要求；桩深度20m以上段标贯击数>50，桩深度20～25m段标贯击数>15；芯样沿桩身上、中、下部无侧限抗压强度平均值分别为1.506、1.150、0.868MPa，满足设计要求。抽检桩质量综合评价为优。

5.2承载力检测

钉形水泥土双向搅拌桩复合地基承载力检测在成桩28d后进行，采用单桩承载力检测和复合地基静载试验。经检测，单桩复合地基承载力平均达到180kPa，多桩复合地基承载力平均达到210kPa，满足设计要求。现场搅拌桩施工最终检测数据表明，25m桩长的钉形搅拌桩可以实现，通过严格的施工质量控制，搅拌桩的质量和复合地基的处理效果均较为理想。

6结语

综上所述，施工过程中对钉形水泥土双向搅拌桩成桩设备进行了改进和优化了施工工艺，使得超长桩的施工顺利完成，通过对施工质量的控制，保证了成桩的质量和地基加固效果，地基的承载力得到了提高，各项参数都符合要求，促进了工程的发展，创造了更多的经济和社会效益。

参考文献：

[1]陈晋中，刘凤翰，刘松玉.双向水泥土搅拌桩技术及常见施工问题处理[J].建筑技术，2011，42（9）：808-810.

[2]曹德洪，刘松玉，经绯，等.大直径钉形双向水泥土搅拌桩[J].公路，2010，9（9）：99-105.