钉型水泥土搅拌桩在软弱路基处理中的应用

张明++汪舟++李云虎

摘要：目前，软土地基的处理方式有很多种，其中水泥土搅拌桩因其施工工法成熟、施工速度较快、复合地基承载力较高等优点已作为一种常用的地基处理方式，但在应用过程中仍出现了一些问题，主要表现为施工质量不好控制、深部成桩效果差等，限制了它的应用。此文分析了钉型搅拌桩加固软土地基的工作原理，提出钉型桩施工工艺、质量控制的注意事项，以沿海地区东西二路的深厚层软基处理为例，对其应用效果作了简要评述。

关键词：钉型搅拌桩；软基处理；扩大头效应

中图分类号： U416.1文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

水泥土搅拌桩作为一种常用的地基处理方式，越来越多地应用于工程建设领域，但在应用过程中出现了一些问题，主要表现为施工质量不好控制、深部成桩效果差等。钉型搅拌桩通过钻头、叶片及动力箱体，优化了工作方式，在攻克了常规水泥土搅拌桩的严重缺陷后，在江浙闽地区某些项目中应用，取得了较好的处理效果。

1 钉型水泥土搅拌桩工作原理

钉形水泥土搅拌桩利用现有的常规水泥土搅拌桩成桩机械作为机架，或在沉管灌注桩机等通用设备上，配上专用的双向搅拌桩动力箱体设备与多功能钻头，采用同心双轴钻杆，通过内外钻杆上叶片的同时正反向旋转形成桩体。在施工过程中，利用土体的主、被动土压力差，通过改变内外钻杆旋转方向，使钻头上叶片打开或收缩，桩径随之变大或变小，形成钉形桩。由于扩大头的 “翼缘”效应和环形对称边载效应，可以保证地基承载力达到设计要求，同时桩间距大幅增大，减少了单位面积范围内的根桩数，提高了地基处理速度。

2 桩体设计与计算

1）单桩承载力组成

单桩承载力主要由三部分组成：（1）桩周土体提供的桩侧摩阻力；（2）扩大头“翼缘”下部土体对“翼缘”提供的支撑力；（3）桩端土体对桩体的支撑力。

2）复合地基承载力特征值

复合地基承载力一般可以由现场载荷试验直接测得，由理论公式方法计算复合地基承载力，目前主要有两种计算模式，一种是将复合地基作为一个整体来考虑，另一种是先分别确定桩体和地基土的承载力，然后根据一定的原则，将两者进行叠加得到复合地基承载力。

3）桩径比

扩大头桩径与下部桩径的比值称为桩径比，试验数据表明，桩径比在1.8～2.4之间时是最经济，受力最合理的?根据施工经验，当桩长小于12m时，采用500 mm桩径；桩长在12～20m之间时，采用600mm桩径，桩长大于20m时，采用700mm桩径?且上下桩径比（D/d）宜在1.8～2.4之间。

3 钉型水泥土搅拌桩施工及质量控制

钉形水泥土双向搅拌桩采用两搅一喷施工工艺，其具体流程为：

1）搅拌机定位：平整场地，定位、放线，安装打桩机，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，直到扩大头设计深度，

3）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，直至设计深度，持续喷浆搅拌不少于20秒；

4）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，直至扩大头底面；

5）改变内外钻杆的旋转方向，使叶片伸展至扩大头直径，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表，完成单桩施工。

钉型桩质量主要通过如下手段进行检测：

1）浅部开挖：成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，检查频率为0.1%，且不少于3根。

2）轻便触探：成桩3天后，可用轻型动力触探检查每米桩身的均匀性，检验数量为施工总桩数为0.1%，且不少于3根。

3）桩身取芯：成桩28天后可进行取芯试验，现场进行标准贯入试验，结合室内试验检验桩身强度。检验桩数为总桩数的0.5%，且不少于3根。

4）载荷试验；竣工验收时，地基承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验，对大型的工程可选用2根以上的群桩进行复合地基试验，检验数量为总桩数的0.1%-0.2%，且每项单体工程不应小于3点。

4 工程应用实例

1）工程概况

泉州市东西二路为泉港南部城区规划的城市主干道，双向六车道，道路长1000m，红线宽50m。路基范围内埋设有D800～D1600的雨水管道，D1400污水干管及给水、电力、电信管道。根据地勘钻探资料，现状路基下分布有9～12m深淤泥，因工期较紧，采用常规搅拌桩下部淤泥层中难以成桩，经方案比选后决定采用钉型搅拌桩处理。

2）钉型桩设计

水泥搅拌桩宜选用42.5级普通硅酸盐水泥，根据路面高程及行车荷载计算，要求路基复合地基承载力特征值≥130KPa，单桩竖向承载力特征值≥200KN。

经计算，取扩大头长度3.0～4.0m，直径1.0m，下部桩径0.6m，长6.0～9.0m，桩体按正方形布置，间距2.0m。

水泥搅拌桩的水泥掺入量从现场取土根据设计要求的立方体抗压强度平均值为1500KPa进行试配确定，水泥的掺入量约为被加固土的16%。配浆水灰比为0.5，桩身强度无侧限强度平均值≥1.2MPa，8m以下≥1.0MPa，扩大头部分采用4搅2喷工艺施工，下部桩体采用2搅1喷工艺施工。搅拌深度不大于12m时，浆泵的喷浆压力为0.4～0.5 MPa，搅拌深度大于12m时喷浆压力不小于0.6Mpa。

3）应用效果

经3个月施工期后，检测单位按规范要求对桩体进行单桩载荷和复合地基试验，受检桩体均达到了设计要求。在严格按照路堤填筑技术规范操作的情况下，路堤沉降趋于稳定（沉降量< 0.2mm/天） 的时间为1～2 个月，其后的工后沉降一般在35mm以内。与临近相似工程相比，本工程采用钉型搅拌桩大幅节省了路基处理时间（比堆载预压减少了8～10个月，比常规搅拌桩减少2月），复合地基承载力满足设计要求，通车2年多来，未发现路堤沉降，路面质量保持良好，实践证明，本工程应用钉型搅拌桩达到了预期效果。

参考文献：

[1] 席培胜，汪志刚.钉形水泥土双向搅拌桩工艺参数研究[J]. 安徽建筑工业学院学报（自然科学版）. 2012（03）

[2] 陈晋中，刘松玉.钉形水泥土双向搅拌桩施工技术[J]. 建筑科学. 2011（11）

[3] 曹德洪，刘松玉，经绯，陈永辉.大直径钉形双向水泥土搅拌桩[J]. 公路. 2010（09）

作者简介：张 明 （1982-）， 汉， 男， 湖南长沙人，工程师， 主要从事市政道路设计、研究工作.

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