路基处理中的钉形水泥土双向搅拌桩技术

路基处理中的钉形水泥土双向搅拌桩技术
摘要：对地基的处理不当，会引起地基沉降或者差异沉降过大，进而影响道路的正常使用功能。

水泥土搅拌桩技术是软土路基处理技术之一，具有施工简便、工期短、振动小等优点。

与常规水泥土搅拌桩相比，钉形水泥土双向搅拌桩在路基处理中具有施工方便、操作简单的优点。

本文介绍了钉形水泥土双向搅拌桩及其特点、施工技术要点、工艺性试桩技术、施工质量控制措施。

关键词：钉形水泥土双向搅拌桩；搅拌桩；工艺性试桩
Abstract: on the foundation of processing undeserved, can cause foundation settlement or differential settlement is too large, and thus affect the normal use function of the road. Cement-soil mixing pile technology is one of the soft soil subgrade treatment technology had advantages of simple construction, short construction period and the advantages of small vibration. Compared with conventional soil-cement mixing pile, the nail form two-way mixing cement-soil pile in the subgrade treatment has the advantages of convenient construction, simple operation. This paper introduces the nail form cement-soil bidirectional mixing pile and its characteristics, the key points of construction technology, process technology of test pile, construction quality control measures.
Key words: nail form two-way mixing cement-soil pile; Mixing pile; Manufacturability test pile
一、钉形水泥土双向搅拌桩及其特点
钉形水泥土双向搅拌桩即通过搅拌叶片的伸缩使桩身上部截面扩大而形成的类似钉子形状的水泥土搅拌桩，如图1所示；钉形水泥土双向搅拌桩成桩机械钻头结构见图2。

图1 钉型水泥土双向搅拌桩结构图2 钉型桩成桩机械钻头结构
其中：1—搅拌叶片关节点；2—外钻杆；3—内钻杆；4—固定的搅拌叶片；5—伸缩的搅拌叶片。

钉形搅拌桩是通过对现有的常规水泥土搅拌桩成桩机械进行简单改造，配上专用的动力设备及多功能钻头，采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口，外钻杆上安装反向旋转叶片。

通过外杆上叶片反向旋转过程中的压浆作用和正反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用，阻断水泥浆上冒途径，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量。

钉形水泥双向搅拌桩的优点如下：
1、搅拌均匀
由于实现了正反向同时旋转，使水泥浆与土体得到充分搅拌，再无层状的水泥土搅拌体。

2、就地搅拌
通过上层叶片的同时反向旋转，阻断了水泥浆上冒途径，强制对水泥浆就地搅拌，冒浆现象彻底解决。

3、扰动小
同心双轴的正反向旋转，使土体对叶片产生的水平旋转力相互抵消，降低了钻杆的左右摇动，桩周土扰动小。

4、受力合理
钉形桩的变截面结构，与地基中应力传递规律相一致，使加固体的受力更加合理，达到更佳的复合效果。

5、易于推广
使用常规的固化剂，可充分利用现有水泥土搅拌机械，原常规搅拌桩施工操作人员接受短期的指导，即可上岗操作。

6、经济性
由于柱身强度大幅度提高，桩间距扩大，单位体积的软土地基处理工程量小，造价降低。

二、钉形水泥土双向搅拌桩的比较选择
（一）与单轴水泥搅拌桩的比较
单轴水泥搅拌桩在施工过程中，较容易产生以下质量问题：
1、由于土压力、空隙水压力、喷浆压力的相互作用，造成水泥浆沿钻杆上行，部分水泥浆冒出地面，从而使得沿桩体深度的水泥含量逐渐减少，造成水泥浆沿桩体的垂直分布不均匀；
2、单向旋转搅拌叶片，难以搅拌均匀，造成桩身水泥土中存在大量的土块和水泥结块；
3、造成水泥搅拌桩的处理深度较浅。

（二）与三轴搅拌桩的比较
采用专用三轴搅拌桩机施工，两轴同向旋转喷浆与土拌合，中轴逆向高压喷气在孔内与水泥土充分翻搅拌合，而且由于中轴高压喷出的气体在土中逆向翻转，使原来已拌合的土体更加均匀，成桩直径更加有效，加固效果更优。

三轴搅拌机械施工效率高，适用范围广。

但是三轴搅拌桩在地基加固施工时，将要置换出一部分泥浆。

由于施工前开挖沟槽，避免了泥浆的溢出，但由于加固深度的增加置换出的泥浆会逐渐增多，置换出的泥浆在短时间内无法固结致使无法及时运到指定的弃土场，对施工现场的文明施工造成一定的影响。

施工机械设备比较大，现场组装需要提供很大的施工场地。

机械设备从现场组装到调试需要一个星期的时间，所以三轴搅拌桩加固需要较大的施工场地。

（三）钉形水泥土双向搅拌桩的选择
钉形水泥土双向搅拌桩采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口，在外钻杆上安装反向旋转叶片，通过外杆上叶片反向旋转过程中的压浆作用和正反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量。

而且由于钉形水泥土双向搅拌桩扩大桩头的作用，其单桩承载力、处理长度均高于单轴的水泥搅拌，使其桩距要大于单轴的水泥搅拌，其经济性要优于单轴的水泥搅拌，且随着处理深度的增加，其优势愈加明显。

相比三轴搅拌桩，双轴搅拌桩更适用于用于坑底加固和一些浅型基坑，且加固后的地基整体强度高。

施工速度快,施工工期短,效率高,费用低。

施工中无振动,无噪声,无地面隆起,不排污,不挤土,不污染环境。

三、钉形水泥土双向搅拌桩施工技术
（一）施工准备
在钉形与双向水泥土搅拌桩施工前，必须做好施工现场的开工准备工作，具体包括以下几方面：
1、施工场地已平整，地上、地下障碍物已清除，场地满足桩机的移位要求；
2、按照设计图纸的要求进行施工放线、确定桩位；
3、根据工艺性试桩的结果，确定钻进及提升速度、工作压力、最佳灰浆稠度等技术参数，制定施工组织设计和质量控制措施；
4、准备好施工所需的各种材料，并检验合格。

（二）工艺性试桩
为严格控制钉形水泥土双向搅拌桩的施工质量，更科学地指导施工，在正式开工前，必须进行现场试桩检验，
1、满足设计要求的试桩
根据地质报告及当地经验，选定桩型及单桩竖向承载力特征值。

试桩的目的是：
（1）进一步确定所选桩型的施工可行性，避免桩机全面进场后发现该桩型不适合本场地施工或发现桩承载力远小于地质报告提供的计算值，此时再改桩型就会拖工期且增加费用。

（2）根据单桩竖向静载荷试验确定单桩竖向承载力特征值。

由于地质报告提供的数值往往偏于保守，所以可以根据静载报告提高桩承载力，减少桩数。

2、满足施工要求的试桩
不同地段具有不同的地质条件，为了克服盲目性，确保收到预期的效果，在施工前必须进行工艺试桩，试桩数量不少于5 根。

试桩的目的是：
（1）提供满足设计的各种操作参数。

如管道压力、钻机提升速度、钻进速度、搅拌速度等。

（2）验证搅拌均匀程度及成桩直径。

（3）确定该地质条件下，符合质量要求的合理掺灰量。

（4）确定该地质条件下，合理的工艺流程。

（三）施工
1、平整施工压实场地、定位、放线；
2、测量放样。

按照设计的搅拌桩的平面布孔图放样并编号，在桩位处地面钉设不易更改的标记(现场一般采用竹签)，方便在施工中迅速确定桩位。

3、机具调试及定位
桩机运至工地后，先进行安装调试，待钻杆旋转、压浆泵及计量设施一切调试正常后，桩机移位至放样孔位上，使钻杆头对准孔位的中心,桩位对中偏差不超过5cm。

钻机就位后对钻机进行水平校正，使其钻杆轴线垂直对准孔中心位置，施工时钻杆的倾斜度不大于1％。

4、切土下沉：启动搅拌机，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，搅拌机持续下沉，直到扩大头设计深度；
5、收缩叶片：改变内、外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到直径500mm；切土下沉，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉、喷浆，直到设计深度，在桩端应就地持续喷浆搅拌10秒以上；
6、提升搅拌：关闭送浆泵、搅拌机提升，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土至扩大头底面；
7、伸展叶片：改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径1000mm；喷浆、提升搅拌至地表或设计桩顶标高以上50cm后，关闭送浆泵。

将钻头提升出地表，观察叶片是否打开，如超出2个叶片未打开，则采用人工打开，在扩大头部位增加一次下沉、提升搅拌；
8、切土下沉：搅拌机沿导向架向下切土，开启送浆泵，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；
9、提升搅拌：关闭送浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm，完成单桩施工。

（四）成桩后质量检测
1、成桩质量检查
钉形水泥土双向搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程，应坚持全程的施工监理。

施工过程中随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。

检查重点是：水泥用量、桩长、内外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停浆处理方法和单桩施工时间等。

单桩施工结束后，应对桩位偏差、桩径、单桩水泥用量以及单桩施工时间进行检查。

其中桩位偏差不大于50mm，桩径和单桩水泥用量不小于设计值，单桩施工时间不小于由工艺试桩确定的时间值。

2、桩身质量检测
钉形水泥土双向搅拌桩成桩7d后，采用浅部开挖观察桩体成型情况和搅拌均匀程度，并可检验桩身直径，作好记录，检查频率为1‰，且不少于3根。

钉形水泥土双向搅拌桩成桩28d后应进行标准贯入试验和取芯进行室内无侧限抗压强度测试。

为保证试块尺寸，钻孔直径不小于108mm。

检验桩数应随机抽取总桩数的5‰，且不少于3根。

对钉形水泥土双向搅拌桩扩大头部分宜在小直径桩外取芯，通过芯样对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等作综合评价。

3、承载力检测
钉形水泥土双向搅拌桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载试验和单桩载荷试验。

载荷试验必须在桩身强度满足荷载试验条件，并宜在成桩28d后进行。

检验数量为总桩数的1‰～2‰，且每个单项工程不少于3点。

四、施工质量控制要点
1、严格控制设计要求配制浆液，由于上部为回填土，含水量高，可适当增大水泥比。

2、土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，不得超过0.5m/min,使原状土充分破碎以有利于同水泥浆液均匀拌和。

3、浆液不能发生离析，水泥浆液应严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30 秒再倒入存浆桶。

4、水泥土搅拌桩施工时，钻头提升速度不得大于0.8m/min，其垂直度偏差不得超过1.5%。

5、压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层。

发现管道堵塞，立即停泵进行处理。

待处理结束后立即把搅拌钻具下沉1.0m 后方能注浆，恢复正常搅拌，以防断桩。

6、钉形水泥土双向搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程，应坚持全程的施工监理。

在施工过程中随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。

检查重点是：水泥用量、桩长、内外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停浆处理方法和单桩施工时间等。

7、施工准备阶段，应对原材料质量、计量设备、搅拌叶片的伸展直径和机械性能进行检查。

施工时应保持搅拌桩机底盘水平和导向架垂直，搅拌桩的垂直度偏差不得大于1%，桩位偏差不得大于50mm。

施工过程中应检查水泥浆比重、搅拌机提升和下沉速度以及钻机最后30s的电流和钻进速度等。

8、单桩施工结束后，应对桩位偏差、桩径、单桩水泥用量以及单桩施工时间进行检查。

桩径、扩大桩头高度及单桩水泥用量不得少于设计值，单桩施工时间不得小于工艺试桩确定的时间值。

要求单台桩机一昼夜打桩长度不超过500m。

9、连续施工：为保证防渗质量，提高工作效率，应保证24小时连续作业，如因故停工1小时以上，必须进行全面清洗，以防止水泥在设备管路中结块影响施工。

参考文献
[1] 周丽军.钉形水泥土双向搅拌桩施工控制要点[J].安徽建筑，2011（03）.
[2] 李伟明.钉形水泥土双向搅拌桩处理软土路基的设计与施工技术探讨[J].交通标准，2011（12）.。