钉型水泥土双向搅拌桩在滨海地区 公路软基处理中的应用

(厦门中平公路勘察设计院有限公司， 福建 厦门 361008)

软土地基地质问题不仅在工程建设中需要考虑，而且在学术界也受到广泛关注。根据公路行业标准对软土地基的定义，一般表现弱抗压力强度、承载力低的软弱土层是软土地基。大多数有机质土壤被定义为软土地基。由于软土自身的承载力低，大量的岩石和土壤在挤压下大量的沉降，通常会给道路工程带来极大的危害。如果在施工过程中对软基土质处理不当，会对公路的建设和使用产生不良影响及一系列的后续问题。由于滨海道路靠近海岸线，土壤含水量含盐份高、有机质含量和软土分布较广而且厚度分布不均匀等特点，导致工程性质较差滨海实施道路工程难度较大。因此采用有效的措施来应对软土地基，在工程中是至关重要的一环起着重要作用。以水泥搅拌桩工艺为基础改进而来钉型水泥土双向搅拌桩已在软土地基工程的处理中得到广泛使用。

1、滨海公路地质特征

近海岸土壤盐分比内陆土壤含量普遍偏高，而土壤主要是淤泥、腐殖质和植物根系，含有较多的有机成分，具有强度低、压缩特性高、力学性能差、厚度不均和厚度较深等特点。随着人们对使用土地面积需求的增长，为缓解土地资源稀缺不足问题，通过围海造陆等形式为滨海公路建设提供了大量的土地。用于围海造陆的吹填土一般是来自沿海轮船航道和港口池地的疏浚淤积泥土，通过水力吹填逐渐形成现今可以看到的陆域场地。通过此种方式形成的陆域含水率高达 80%以上，强度及承载力极低是公路行业标准所定义的非常典型软土地基。软土地质自下而上分为淤泥质粉质粘土、淤泥、淤泥质粘土。软土具有较高的延展特性、流动性强、自身的水含量高、土壤间孔隙大，工程操作难度大等特点。采用何种地基处理方式可以使道路深厚软土路基满足其车辆运行承载能力，是在建设中需要重点考虑的问题。

钉型水泥土双向搅拌桩是一种有效处理软基方式，其通过水泥作为主剂和固化剂，使用水泥搅拌桩机将土壤和水泥土注入充分搅拌，经过一系列物理化学反应，软土硬化，提高基础强度。

2、钉型水泥土双向搅拌桩的工作机理及特点

螺旋式双向水泥土搅拌桩是在传统的水泥搅拌桩技术基础上进行的升级改进版。基于同心双轴钻杆，在内钻杆上设置喷浆口，并且内、外管分别安装可以正、反方向旋转的叶片。在施工时通过安置在外管和内管上叶片的快速旋转，达到同时双向搅拌水泥土作用。在均匀搅拌水泥的同时，又均匀的在桩体中分布，大大提高桩的质量。搅拌叶片双向旋转，水泥浆与土充分有效融合，不仅使桩更均匀，水泥浆充分利用，桩身强度增强，提高复合地基承载力，也堵住了水泥浆的上冒运行方式避免浪费。而且在钉形水泥土搅拌桩的运行过程中，由动力系统驱动分别安装在同心钻杆内外 2套搅拌水泥土的搅拌叶片的扩展，使桩截面上部混合叶片也正、反向旋转展开形成的类似钉子形状的水泥土搅拌桩。在相同条件下，桩身强度可提高30%以上，施工工期缩短1/3，经济效益显著提高。

图1 钉型水泥土双向搅拌桩流程图 图片来自网络

3、钉型水泥土双向搅拌桩和普通桩比较

钉型水泥土双向搅拌桩是在传统工艺上进行改进，不需要废弃旧有设备重新购买，技术易于推广。而且其工艺流程操作使用并不复杂，原施工人员可以在短期指导下即可进行施工。使用钉型水泥土双向搅拌桩不仅可以有效的提升作业效率、提高工程质量的同时，而且还可以大大节约装备购置、人工雇佣等成本。

常规桩（单向搅拌）由于搅拌叶片不管顺时针旋转还是逆时针转动，都在相同的面上对土体进行切割，因而无法通过搅拌实现土体均匀，形成层状水泥土搅拌体，导致桩身强度低。相比下钉型水泥土双向搅拌桩的可以更均匀的使土体混合。

与柱体桩相比较钉型桩的受力更为合理。对于较低的软土压力随着深度的增加逐渐减弱，上层土壤，和桩钉设计的“大、小”型双向水泥搅拌桩复合地基的直径，与自上而下的压力使桩压力更好的匹配更加均匀合理。由于扩大头作用相当于增加土层置换率，可以增大桩间距，相应减少桩数。同时，由于头部的膨胀有一个类似的“帽”，扩大了受力面积，搅拌桩顶部所需的厚度可以相应减小。

施工成本更经济。由于桩间距增大，桩数减少，软土处理单位面积的工程量减少，垫层厚度增加，直接节约了施工成本，且随着处理深度的增加，这种优势更加突出。在相同条件下，桩身强度可提高30%以上，施工工期缩短1/3，经济效益显著提高。

4、具体建设问题及解决办法

湿喷桩质量的影响主要因素是土壤条件、水泥、施工技术的，结合施工现场准备的地质条件，再加上施工现场的地质条件各有不同、人为因素造成的前期准备不足、施工工艺参差不齐以及手工设备不全等等原因都会造成湿喷桩的成桩质量的不稳定。

4.1 工作要求

施工过程的管理是困难的，只有施工单位自检人员的管理是不够的，因此需要参与建设项目的业主，负责监督，监督和其他共同的利益相关者，建立相应的监督体系，成立质量检查小组，在各阶段，及时的监督，现场问题及时纠正和处理。

湿喷桩施工中，水泥、石膏粉的贮存必须经监理部门和内部方及会员共同料区进行清查，并在送料三签名确认后，及时登记水泥、石膏粉台账。自检人员要检查每一堆泥浆的比例，并确保每一堆泥浆都用完了。检查每桩的垂直度，使锤的直线处于垂直标记控制的范围内，垂直度偏差应小于1%。现场人员应及时、填写原始记录并登记水泥、石膏粉的会计、异常现象及时停止，并向上级汇报。

4.2 注意测试桩的连接

我们必须高度重视桩桩施工环节其是单位确定各种技术参数、施工前的地质条件的重要组成部分，它是在正式施工前根据设计要求，确定技术测试桩的比例。针对桩操作人员掌握的难点，改进钻头钻进硬土；确定当前的变化程度；确定水泥浆体密度；确定合适的运输方式。

5、结论

钉型水泥土双向搅拌桩是一种新型的复合地基处理方式：可以有效地克服传统水泥搅拌桩搅拌不均匀、易缩颈、断桩的缺陷，有效提高了桩身质量和单桩承载力；并通过双向搅拌的正反向刀片装置实现桩身变截面，技术上有较大的提高与创新，提高了复合地基承载力。此外，该工艺在大大提高了项目的质量同时，节省了项目时间，降低了项目成本，可广泛应用到软土质的地基整治及处理中。

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