浅析软土路基段钉形双向水泥土搅拌桩施工技术

方秋洪

（飞阳建设工程有限公司， 福建 莆田 351100）

1 工程概况

厦门机场大道（原迎宾大道）位于福建省厦门市翔安区大嶝岛，道路等级为二级公路兼城市主干道，全长7.1km，双向六车道，设计时速60km/h，道路宽度56～105.5m，设计荷载为BZZ-100KN。东接机场西进场路，西接大嶝桥。本工程软基处理采用钉形双向水泥土搅拌桩，总桩数为295410根，桩径为为500mm，桩间距为1.1m×1.1m，布置方式为正方形，要求桩端进入粉质粘土深度≥1m，90d无侧限抗压强度≥1.8MPa，复合地基承载力≥85kPa。根据地质勘察资料显示，场地内的土层由上而下依次为：①素填土，主要由粘性土、碎砖和泥沙组成，层厚为4.80～8.50m；②淤泥，呈流塑状，层厚为1.80～16.6m；③粉质粘土，层厚为1.90～5.40m；④中粗砂，呈中密状，层厚为0.90～17.00m；⑤残积砂质粘性土，层厚1.10～8.90m；⑥全风化花岗岩，层厚1.20～7.40m；⑦砂砾状强风化花岗岩，层厚2.00～15.40m；⑧碎块状强风化花岗岩，层厚1.30～16.60m；⑨中风化花岗岩，层厚1.10～10.70m。

2 工艺原理

钉形双向水泥土搅拌桩是将原先水泥土搅拌桩的单轴钻杆改装成同心双轴钻杆，将可自由伸缩的正反向叶片安装在内外钻杆上，采用动力系统直接控制旋转叶片同时双向进行旋转切土搅拌，充分地搅拌水泥土，反向叶片可以有效地阻止水泥浆冒浆现象，避免水泥掺量的减少，确保水泥土搅拌均匀性；叶片的自由伸缩控制能够实现在任意深度和位置设置扩大头，形成变截面桩，使得水泥土搅拌桩与软土之间产生土拱效应，从而提高路基的复合地基承载力。

3 钉形双向水泥土搅拌桩施工技术

3.1 施工准备

采用全站仪将路基中线测放出来，然后根据路基宽度测放边线桩，将地表上障碍物清理干净，采用铲车将表层草皮土清除，低洼地部分采用挖掘机进行清除，使得场地平整度满足机械行走要求。由于现场的加固区域外的池塘水氯离子含量高，施工用水全部采用自来水。对软土层土样进行采集进行室内配比试验，从而对水泥掺量、最佳水灰比和外加剂的掺量进行确定。水泥采用PO42.5R的散装普通硅酸盐水泥，水泥品牌为红狮，水泥质量应满足设计要求；现场根据需要设置4套100t的散装水泥储存罐，并配备4套50t的散装水泥罐、搅拌机和CL-F10自动搅拌后台控制箱，配备20台SJB-18型双轴水泥搅拌桩机和CL-M1深层搅拌桩监控仪，设置5台250kW发电机。对所有设备的性能进行检查，确保施工机械及设备的性能良好。

3.2 工艺性试桩

钉形双向水泥土搅拌桩施工之前应选择典型的软基处理路段进行成桩试验，根据试桩情况对桩体的水泥掺量、水灰比、喷浆压力、电流值、叶片的角度、钻进速度、搅拌次数、提升速度和施工工艺等施工参数进行确定，根据成桩后的质量检测结果对无侧限抗压强度和复合地基承载力等数据进行采集，然后对各类数据进行综合分析从而确定最佳的施工参数，为后续的大面积施工提供技术指导。

经过参建各方的讨论与研究后，选择桩号K0+120～K1+160段作为试验段，该处软土厚度为7.3～18.1m，钉形双向水泥土搅拌桩桩长为8.8m，桩端进入粉质粘土层为1m，桩间距为1.1m×1.1m，水泥浆水灰比为0.55，喷浆压力为0.4～0.6MPa，水泥掺量按照15%、18%和20%进行试桩，施工工艺采用“两喷两搅”进行施工，施工电流为20～30A，进入持力层电流为40～70A。每种水泥掺量各试桩3根，总共9根桩。3种水泥掺量的50d无侧限抗压强度分别为2.0MPa、2.1MPa和2.0MPa，均满足90d无侧限抗压强度≥1.8MPa的设计要求；复合地基承载力检测结果均为85kPa，满足≥85kPa的设计要求；根据试桩结果可以确定水泥掺量为15%时钉形双向水泥土搅拌桩的各项技术指标满足设计要求。钻进和提升速度为0.8m/min，水灰比为0.55，喷浆量为51kg/m，当搅拌至粉质粘土层时，施工电流由正常施工的20～30A突变到40A以上，并且桩机上的钢丝绳松弛数秒后即可终止进尺。

3.3 水泥浆拌制

本工程水泥浆的比重为1.78，水灰比为0.55，水泥浆的称重、下料和拌合均在电脑信息云监控下自动进行，水泥浆的搅拌时间≥2min，水泥浆拌制后要进行过滤再集中到集料桶，采用压力泵和胶管将水泥浆输送到水泥土搅拌机的喷管内，由云监控进行指导喷浆与搅拌。

3.4 施工工艺

钉形双向水泥土搅拌桩采用施工工艺为“两喷两搅”。采用全站仪将桩位测量放线出来，然后移机就位，钻杆的垂直度≤1%，桩位的偏差≤50mm。当水泥浆到达搅拌头时即可下沉切土，内钻杆旋转方向为顺时针，外钻杆旋转方向为逆时针，两组叶片同时切割搅拌土体，喷浆压力为0.4MPa，下沉速度为0.8m/min，直至扩大头的设计深度；接着将两组叶片收缩到桩径500mm，改变叶片的旋转方向，搅拌头持续喷浆下沉直至设计深度，施工电流突变为40A，在桩端原位喷浆搅拌30s；然后喷浆正反向搅拌提升搅拌头，提升速度为0.8m/min，直至扩大头底面高程，改变两组叶片的旋转方向，将叶片伸展到扩大头的尺寸，接着喷浆搅拌提升到桩顶高程以上50cm，然后移机到下一个桩位进行施工。成桩过程中如果出现停机现象，则应将搅拌头钻进停浆面以下50cm，等待故障排除后再继续喷浆搅拌，如果停机时间超过3h，应采取桩旁补桩处理。

4 工程质量检测

钉形双向搅拌桩施工完成后7d，采用浅部开挖方法量测桩身的直径和桩体的搅拌均匀性，检查频率为5%的总桩数；成桩后28d后采用双管单动钻机进行取芯，钻孔直径为108mm，取芯数量为0.5%的总桩数，取上中下三段进行无侧限抗压试验；成桩28d后进行载荷试验，检测数量为0.2%的总桩数。经现场实测和试验检测，本工程钉形双向水泥土搅拌桩的桩体均匀密实，桩径≥500mm，90d无侧限抗压强度为2.2～2.6MPa，复合地基承载力为89～93kPa，工程质量满足设计及施工规范的要求。路基施工完成后进行连续沉降观测，每个月的沉降量均＜5mm，沉降稳定，说明软基处理效果良好。

5 结束语

本工程的钉形双向搅拌桩采用先进的CL-F10自动在线搅拌水泥浆系统和CL-M1电脑云监控系统进行实时动态监控，通过该系统不仅可以实时查看搅拌桩施工情况，还可以报表形式对每根桩的成桩时间、水泥用量、桩长、桩身的垂直度、下沉提升速度、叶片的角度和施工电流变化值等施工参数进行自动记录。该系统计量准确、水泥浆性能稳定，能够有效地控制钉形双向搅拌桩的施工质量。经过工艺性试桩可知，本工程地质情况的水泥掺量为15%，水泥浆水灰比为0.55，钻进和提升速度为0.8m/min，采取“两喷两搅”的施工工艺，即可满足90d无侧限抗压强度≥1.8MPa和复合地基承载力≥85kPa的设计要求，为类似项目积累一定的经验。