钉形水泥土双向搅拌桩在市政道路软基加固中的应用

李峰

（广东省水利水电第三工程局有限公司，广东东莞 523710）

0 引言

钉形水泥土双向搅拌桩是一种地基处理新技术，它结合了双向水泥土搅拌桩和变截面水泥土搅拌桩两项施工技术，并因其自身的优点在道路的软基加固处理中有着广泛的应用。为了更好的应用此项搅拌桩技术，就需要重视此项技术的应用，并采用措施保障施工质量。基于此，本文就钉形水泥土双向搅拌桩在市政道路软基加固中的应用进行了探讨，对有关方面的需要能有一定帮助。

1 工程概况

本文选择的研究对象为某市政道路，全长共11 km，其主要选择城市I级的次干路工程建设标准以及堤路结合的方式建设，在道路中广泛分布着场地软土、水塘、农田以及沟渠，在工程的地质层中有两层不良地质，一是水塘和沟渠表层，二是淤泥质的粉质粘土～粘土。软土的土层具有流动性、高压缩性、触变性以及不均匀性的特点，道路的填方高度约为5～6 m，水塘里的填方高度约为8 m，具体是高填方的软土路堤。

道路工程底层主要是人工填土层和第四系的全新统冲积层，其土层构成从上到下具体是：

（1）2层土层主要为素填土，颜色是灰褐色，较湿润，主要以可塑性的粘性土壤为主，土中夹杂有植物的根茎以及少量的碎石块，土质不均匀，土层的厚度约为2～13.5 m，并在整个市政府道路中分布。

（2）3层土层主要为淤泥，颜色是灰黑色，多为流塑状，土中夹杂着少量的生物残骸，有机物质较多，土层多分布在鱼塘与河床的表层，土层厚度约为 0.2～1.5 m。

（1）1层土层主要为粉质粘土，颜色是灰黄色～灰褐色，较湿润，土壤为可塑性～软塑性，土层中存在少量的灰白色铝土以及黑色的氧化物斑，局部有薄层的粉土，土层的厚度约为1～9 m，并在整个市政府道路中分布。

（2）2层土层主要为淤泥质的粉质粘土～粘土，颜色是灰色～灰褐色，土壤为可塑性～软塑性，饱和，局部有粘土，夹杂着粉砂、砂土以及腐殖质，土层的厚度约为0.6～15 m，并在整个市政府道路中分布。

（3）2层土层主要为细砂夹杂着粉质黏土，颜色是灰色和青灰色，土壤稍密～中密，饱和，局部有粉质粘土，土层的厚度约为9～35 m，并在整个市政府道路中分布。表1是土层的物理力学指标，在桩号的K8+720—K9+028路段的软土地基中主要选择钉形双向水泥土搅拌桩（25 m）对其加固处理，让路基的承载力与沉降情况能满足工程施工的要求。

2 钉形水泥土双向搅拌桩

2.1 施工原理

钉形水泥土双向搅拌桩主要是结合了变截面与双向水泥土的搅拌技术来提高其施工质量，其中双向水泥土的搅拌桩技术是指通过改装搅拌桩的传动系统，有双动力的装置来代替单动力的装置，然后使用同心的双轴钻杆，并在内钻杆中安置正向的旋转叶片，而外钻杆则安置反向的旋转叶片，让钻杆内外的旋转方向正好相反，然后进行双向搅拌，避免水泥浆出现上冒的情况，保证水泥土搅拌均匀。变截面的搅拌桩技术主要是将伸缩叶片代替搅拌叶片，然后在桩长的深度范围中，利用旋转的伸缩叶片来形成各种直径桩体，并在桩体上部将旋转伸缩叶片张开，形成扩大头（钉形搅拌桩）。钉形水泥土双向搅拌桩和普通的搅拌桩对比，其桩身的质量均匀，功效较高，能提高土体上部分地基强度，避免路基沉降过快，且增大了桩体的距离，降低工程成本[1]。

表1 土层的物理力学指标

2.2 施工工艺

“4搅3喷”是钉形水泥土双向搅拌桩在扩大头的部分常用的施工工艺，而在扩大头下面的下部桩身则常用的施工工艺是“2搅1喷”，图1是搅拌桩的具体施工工艺：

图1 施工工艺

钉形水泥土双向搅拌桩的施工工艺具体为：（1）定位桩机。主要步骤是施工放样、定位，然后将打桩机直接移到指定的桩位上，并保证其对中。（2）切土下沉。主要步骤为先启动水泥土搅拌机，让伸缩叶片一直张开到扩大头的设计直径为止，然后让搅拌机沿着导向架进行向下的切土，然后使用灰浆泵朝着土体喷洒水泥浆，让叶片朝着正反方向旋转，从而对搅拌土体进行切割，直至扩大头的设计宽度为止。（3）缩径的切土下沉。主要步骤为先将内外钻杆旋转方向进行改变，让伸缩叶片收缩，并收缩到下部桩体的设计直径为止，让叶片朝着正反方向旋转，从而对搅拌土体进行切割，直至下部桩体的设计深度为止，然后在桩底进行持续的喷洒水泥浆，搅拌时间至少为10 s。（4）提升搅拌。主要步骤为关闭灰浆泵之后，提升搅拌机的工作效率，让叶片朝着正反方向旋转以对水泥土进行搅拌，直到扩大头的底面。（5）扩径以提升搅拌。主要步骤为先将内外钻杆旋转方向进行改变，让伸缩叶片一直张开到扩大头的设计直径为止，启动灰浆泵，让叶片朝着正反方向旋转以对水泥土进行搅拌，当其达到地表或者桩顶上的50 cm处时，将灰浆泵进行关闭，保证搅拌的叶片扩大到扩大头的直径中。（6）搅拌下沉。主要步骤为扩大灰浆泵之后，让叶片朝着正反方向旋转以对水泥土进行搅拌，直至扩大头的设计深度为止。（7）提升搅拌。主要步骤为关闭灰浆泵之后，提升搅拌机的工作效率，让叶片朝着正反方向旋转以对水泥土进行搅拌，直到地表或者桩顶上的50 cm处。（8）桩顶处理。主要步骤为在桩顶的1～1.5 m范围里进行2次的喷洒水泥土以及搅拌。人工进行搅拌[2]。

3 钉形水泥土双向搅拌桩的施工

本文市政府道路建设施工中的钉形水泥土双向搅拌桩主要采取正三角形的布置方式，桩体之间的距离为1.8 m，设计的桩长是25 m，下部桩体的直径是0.6 m，扩大头的直径是1 m，长度是4 m。对于钉形水泥土双向搅拌桩的施工要求为：在施工后的28 d进行桩身抽芯取样检验，保证其抗压的强度在1.0 MPa以上，复合地基的承载力应该在120 kPa以上，由于搅拌桩多使用复合的硅酸盐水泥（PC32.5），用量占湿土质量 12～15%，所以在现场进行配比实验时，水灰比为0.45～0.5。

3.1 工程施工难点

由于搅拌桩的处理深度通常小于20 m，所以为了保障成桩质量，在施工时通常将处理的深度选择为15 m，如果设计的桩长为25 m时，即是选择钉形水泥土双向搅拌桩，但是在施工上还是有较大的难度，主要是因为：（1）对于钉形水泥土双向搅拌桩的工程施工经验较少，具体施工参数必须要在现场进行试验之后才能确定，而且还需要优化原油的施工工艺，在检验后保证桩身的质量可以满足设计需求才可以进行实施。（2）施工设备性能要求严格。现如今，钉形水泥土双向搅拌技术通常选择的机架是普通的深层搅拌机配合双向的动力箱体以及变径钻头等改造而成，施工的机械结构较为简单，稳定性差，使得钉形桩处理深度受到限制，难以符合超长桩的建筑施工要求。因此，为了解决这些难题，应该从工程的施工设备、工艺性的试桩方式以及质量控制上着手。

3.2 工程施工的设备

普通搅拌桩的塔架高度、动力机功率和桩架尺寸难以符合超长钉形桩施工需求，主要是因为桩架的动力箱体容易出现故障，功能和效用较差，在使用时框架晃动幅度大，稳定性差，因此对于钉形水泥土双向搅拌桩施工的成桩机械应该重新进行设计。而在SJB型的桩机结构中，框架尺寸将原有的尺寸扩大到10.5 m×4.5 m左右，动力机的功率也增大至2×45 kW，质量为1.5 t，而塔架高度是30 m，配置的两台灰浆搅拌机容积是0.5 m3，具体泵压为1 500 kPa，泵量是50 L/min，通过试装测试，确定SJB型的桩机结构能满足钉形水泥土双向搅拌桩施工的要求。

3.3 工艺性的试桩

为了在提高施工效率的同时，保障施工质量，让全线施工顺利开展，施工单位在进行正式施工的时候，应该提前进行工艺性的试桩，并对以下问题进行检查：（1）查看水泥浆的喷浆量以及密度是否能满足工程施工的要求，并选择相应的输浆泵。（2）检查标定装机实际的水泥浆喷洒量是否和电脑控制台记录相一致，以方便后期对工程施工质量进行控制，然后了解提升以及下沉阻力的实际情况，选择适合的设备功率、搅拌叶片宽度、搅拌叶片倾角以及搅拌头的形式等。（3）检验水灰比和配合比是否能满足工程施工的要求，是否需要添加外加剂。（4）了解和掌握搅拌桩的下沉、提升以及复搅速度，保证搅拌均匀，喷洒水泥浆量能满足工程要求。（5）检查诸神的强度、尺寸。质量以及均匀性等。（6）就爱奶茶复合地基的承载能力是否能满足市政府道路的施工要求。根据试验可知，使用复合的硅酸盐水泥的用量占湿土质量约15%，具体的水灰比是0.5，水泥浆密度是1.71，主要添加的外加剂是博特减水剂（类型为SBTJM-Ⅵ型），其添加量占水泥质量约1%，搅拌桩机的控制参数中，钻进喷浆的速度小于等于0.5 m/min，提升的速度小于等于0.8m/min，外钻杆的转速大于70 r/min，而内钻杆的转速大于50 r/min。

3.4 质量控制

为了保证市政府道路施工的施工质量，在进行钉形水泥土双向搅拌桩施工时应该对其进行质量控制，并检查具体的计量和施工记录，让施工各环节的质量皆得到有效的控制，以保证地基加固和成桩质量。具体的施工控制为：（1）严格依照相关的设计文件来对桩位进行绘制，避免出现漏打的情况，然后根据施工图来进行放样，保证放样的偏差值小于50 mm。（2）在桩机移动到设计的位置之前，施工人员应该平整施工场地，避免因施工场地的原因使得桩机出现倾斜的情况。（3）对于施工的水泥浆应该严格根据配合比要求对其进行拌制，并控制其用量和密度，保证每根桩柱使用的水泥用量能满足工程设计的要求。（4）在进行钻进和提升速度时应该严格根据相关参数进行，因为如果钻进和提升速度没有得到有效的控制将会使得桩身的均匀性受到影响，在搅拌到桩底的时候，应该保证持续喷浆和搅拌时间大于30 s，确保桩底的强度和质量。

4 结束语

虽然钉形水泥土双向搅拌桩软基处理能力较高，桩身的质量均匀，有利于提高土体上部分地基强度，避免路基沉降过快，且有效增大了桩体的距离，降低工程成本，但是其在实际应用中施工并未成熟，因此，为了提高软基的加固效果，施工单位应该重视其施工质量，并加以控制，保障其成桩质量，与此同时，对于钉形水泥土双向搅拌桩的施工技术还应该继续探索，不断完善其不足之处，推动道路施工的高质高效的发展。

[1]缪定武,许锋雷.钉形水泥土双向搅拌桩软土地基加固中的控制和应用[J],城市建筑,2013,7（6）;142-143.

[2]刘志明，付炜，李鹏.钉形水泥土双向搅拌桩技术在箱涵软基处理中的应用[J],市政技术,2013,12（1）：67-68.