钉形水泥土双向搅拌桩在公路施工中的应用

贾骥峰

(保定市公路工程质量监督站)

0 引 言

目前，我国的水泥土搅拌桩存在着成桩质量差，处理土质有效深度浅，桩土作用协调性差等问题，影响到其在道路工程软土地基处理方面的应用。钉形水泥土双向搅拌桩是针对上述缺点而提出的一种新的桩体。这种桩体结合了变截面搅拌桩和双向搅拌桩两者的优点，在扩大桩顶截面的基础上形成类似钉子形状。见图1，图2 所示。

图1 钉形水泥土双向搅拌桩结构简图

图2 钉形水泥土双向搅拌桩桩头

钉形水泥土双向搅拌桩的特点有以下几个方面。

(1)由单向搅拌变为双向搅拌，施工的效率大为提高;

(2)自动伸缩叶片的设计提高了成桩质量;

(3)结合土中应力传递规律进行的上部扩大头的设计对土体上部复合地基强度起到增强作用，对于柔性荷载，扩大头会在荷载的作用下形成一个土拱，能够有效分担桩体所受的荷载。

(4)扩大头可以提高单桩承载力，进而起到增加桩间距，节约造价的目的。

1 工程实例

1.1 工程概况

大广高速公路衡水段位于河北省衡水市境内，属于环渤海湾地区，该路段有大量软黏土、粉质土，软土地基性状典型。其K50 +100—K50 +300 段路基位于邢台地区南宫市明化镇境内，对其采用钉形水泥土双向搅拌桩进行处理，其具体设计参数如下。整体分为A、B 两个区段，两个区段均采用梅花形布桩的方式，A 区段桩径为1000/500 mm，扩大头的高度为4 m，桩间距为2.1 m，采用钉形水泥土双向搅拌桩的处理深度为17.1 m;B 区段桩径为1000/50 mm，扩大头的高度为3 m，桩间距为1.9 m，采用钉形水泥土双向搅拌桩的处理深度为17.1 m。其桩身的水泥掺入量由室内的水泥配合比试验进行确定，桩径为1000 mm 的区段260 kg/m，桩径为500 mm 的区段为65 kg/m。

1.2 施工参数

(1)材料要求。水泥品种采用国产的普通硅酸盐水泥，其强度等级不得低于32.5 MPa，水泥应在有效期内使用，严禁使用变质、受潮、结块的劣质水泥。水泥的水灰比应该严格控制在0.45～0.50 之间。

(2)施工工艺流程。钉形水泥土双向搅拌桩的下部桩体采用“二搅一喷”的施工工艺流程，扩大头采用“四搅三喷”的施工工艺流程。

(3)施工具体参数。钉形水泥土双向搅拌桩的施工具体参数为钻进速度采用0.5～0.8 m/min;提升速度为0.7～1.0 m/min;内、外钻杆的转速分别大于50 r/min 和70 r/min;钻进过程中的喷浆压力为0.25～0.4 MPa;叶片宽度为120 mm，间距为250 mm，厚度为30 mm，倾角为12°。

1.3 具体施工技术要点

(1)水泥浆液必须严格按照设计规定的配合比进行拌制，现场拌制浆液的过程中应做到有专门人员对每根桩水泥用量进行详细记录，记录送浆的开始和结束时间，供浆必须做到连续，拌合必须做到均匀。

(2)施工中如果遇到喷浆量不足的现象，应该在其旁边继续补一根桩，补桩的桩长和喷浆量均不得小于其设计值。

(3)对桩位的施工顺序要做到合理安排，以利于桩体整体的质量和地基处理的效果。

(4)施工中要注意定期对钻头进行检查，保持钻头的直径误差在规定允许范围之内。

(5)施工中要对钻机的下钻速度和喷浆深度进行严格的控制，确保水泥喷入量。

2 处理效果

2.1 成桩质量分析

在成桩28 d 后，对土壤进行标准贯入试验并提取芯样进行室内无侧限抗压强度试验，测试结果显示。

(1)钉形水泥土双向搅拌桩沿深度方向的28 d的标准贯入击数数值变化不大，A 区为19～29 击，B 区为21～32 击之间。

(2)A 区的钉形水泥土双向搅拌桩的28 d 无侧限抗压强度5 m 以上为2.12 MPa，5 m 以下为1.29 MPa，B 区的钉形水泥土双向搅拌桩的28 d 无侧限抗压强度5 m 以上为1.69 MPa，5 m 以下为1.19 MPa。说明钉形水泥土双向搅拌桩桩身质量好，其强度高，由于扩大头的协调荷载的作用，使复合地基的承载力得到大幅度提升。

2.2 载荷试验分析

在成桩28 d 后，对桩体分别进行单桩和复合地基承载力试验，其试验结果如表1 所示。

表1 试验结果

从表1 中可以看出，无论是单桩承载力还是复合地基承载力，钉形水泥土双向搅拌桩的加固效果均优于普通水泥土搅拌桩，充分说明钉形水泥土双向搅拌桩成桩质量好，与地基协调作用的优点。

2.3 经济效益分析

该工程原方案设计为采用普通水泥土搅拌桩，桩长16.5 m，桩径为0.5 m，由于采用钉形水泥土双向搅拌桩复合地基，与原普通水泥土搅拌桩相比其所用桩数大为减少，减少了工程造价，取得了良好的经济效益。该方案与原普通水泥土搅拌桩方案的对比如表2 所示。

表2 方案对比分析

3 结 语

如何在复杂的地质条件下对高速公路进行施工一直是一个困扰工程技术人员的问题，钉形水泥土双向搅拌桩的出现很好的解决了这一问题。其具有成桩质量好，强度高，进而增大桩间距，减少桩数量，达到满足施工要求，节约造价的目的。目前，该技术已经被应用到土木工程各个领域并取得了良好的效果，其科学性已经在实际工程中得到证实。

［1］刘松玉，宫能和，冯锦林，等.钉形水泥土搅拌桩操作方法［P］.中国专利:2004 10065863.

［2］刘松玉，储海岩，宫能和，等.双向搅拌桩的成桩操作方法［P］.中国专利:2004 10065862.

［3］刘松玉，储海岩，宫能和，等.多功能自动扩径钻头［P］.中国:200520077017.

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