软基处理方法的探讨——钉型双向水泥土搅拌桩法

罗天右 郭兴春

(河南 郑州 450000)

在软土地基上修建高等级公路时首先必须对软基进行处理，以达到加快施工进度、提高地基承载力、增加地基稳定性及减小工后沉降等目的。目前软土地基处理方法有很多种，各种方法均有其优缺点，根据现场地质情况和施工条件选择合理的处理方法。例如，塑料排水板预压法施工周期长、PHC高压预应力管桩、注浆桩、素混凝土钻孔桩虽然效果更好但费用昂贵，其他如振动沉管法(素混凝土灌注桩、Y型桩、薄壁管桩等)存在质量难控制、有挤土振动等不良影响。而水泥搅拌桩具有施工简单、快速、振动小、挤土效应弱、无公害等优点，并能有效地控制软土地基的稳定性，减少和控制沉降量的特点，主要用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力不大于120kPa的地基，也是近年来发展起来的在软弱地基处理和基坑支护中应用比较广泛的一种方法。

钉型双向水泥土搅拌桩施工功法通过在郑卢高速公路洛宁至卢氏段LSTJ－6标段的成功应用，并经过技术人员的攻关和施工经验总结，形成的施工方法。对我们在以后的软土地基处理中提供了宝贵的施工经验。本工程软基处理段位于LSTJ－6标段k105+450～k105+550范围内。地面高程在340m～342m之间。路基地处杨沟河老河道，土质为淤泥，深度大于6米，设计施工方法为钉型双向水泥土搅拌桩施工方法对此处进行软基处理。

1 施工方法的特点

1.1 同心双轴。确保施工过程中，钻杆的垂直与稳定。

1.2 双轴双向旋转。双轴双向旋转带动两组搅拌叶片同时双向旋转，能够保证水泥浆在桩体中的掺入量，不会出现冒浆现象;同时能够保证桩身水泥土充分搅拌均匀，确保成桩质量和桩身质量。

1.3 双轴同心两组搅拌叶片同时双向旋转。仅需两搅一喷，使功率提高一倍以上。

1.4 施工机具简单。施工设备可利用常规水泥搅拌桩设备的动力传动系统、钻杆以及钻头进行加工改装，易于广泛推广。

1.5 充分利用软土。利用深层搅拌机现场将土体和水泥固化剂强制进行搅拌，充分利用软土，避免了大量的挖掘和弃土。

1.6 对周围环境污染。在加固过程中对周围土体无扰动，施工时无振动、无噪音、对周围环境无污染。

2 施工工艺

2.1 工艺原理

钉型双向深层水泥土搅拌桩处理软土地基系指利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的双向搅拌机械，在软基深层处将软土和固化剂强制搅拌，由固化剂和软土间产生一系列的物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土搅拌桩。这种水泥土搅拌桩与桩周土体一起组成复合地基，从而达到地基承载力提高，减少地基沉降的目的。

2.2 施工工艺图

钉型双向深层水泥土搅拌桩及固化粉煤灰施工工艺图

2.2.1 施工场地平整，标示桩孔位置，对轴线和桩位进行复检，并同监理单位办好签证手续。

2.2.2 桩机进场就位、对中调平。原材料进场检测。

2.2.3 按设计确定的配合比拌制水泥浆。

2.2.4 进行打桩流程，同时严格按照设计及规范确定的速度升降搅拌机。

2.2.5 移位。重复上述步骤，再进行下一根桩的施工。

2.2.6 满足检测条件时进行桩体的质量检测，之后进行桩顶以上部分的固化粉煤灰填筑施工。

3 施工技术

3.1 施工前准备工作

3.1.1 施工前根据地质资料和设计文件，了解现场的地质情况、水文情况、土层土质情况，根据设计文件的要求，确定合理可行的施工顺序。

3.1.2 搞好“三通一平”查明并确定场施工地内自来水管道、高压燃气管道和左幅通讯线杆的位置和标高，采取必要措施，以免因施工而破坏。

3.1.3 认真做好测量、放样工作。复核临近的导线点，并加固、加密、保护好控制点。在施工场地附近增设临时水准点，并符合相应等级精度要求。用全站仪测放出道路中线和水泥土搅拌桩桩位，并用木桩标记、定位。施工范围内的管道、线杆应在相应距离做好探沟或标记。

3.1.4 对水泥土搅拌桩的水泥土配合比做出强度验证试验。对于设计给出的水灰比范围，应根据现场实际施工情况做出调整，以得出最佳的水灰比，并做出相应的水泥浆比重结果，以便现场施工控制。进场的原材料应及时、准确的抽样检测，并做好原材料的存放、保护，严禁使用不合格原材料。

3.2 施工步骤

钉形水泥土双向搅拌桩施工步骤图

a步骤:搅拌机就位。搅拌机到指定桩位并对中。

b步骤:喷浆下沉。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(外钻杆逆时针旋转，内钻杆顺时针旋转)切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到扩大头设计深度。

c步骤:施工下部桩体。改变内、外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到下部桩体直径。喷浆切土下沉。两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到设计深度，在桩端应就地持续喷浆搅拌10秒以上。

d步骤: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，直至扩大头地面标高。

e步骤:伸展叶片。改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展至扩大头径。提升搅拌。提升钻杆，两组叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土，直到地表。

f步骤:切土下沉。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。

g步骤: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，完成单桩施工。

4 质量控制

4.1 施工过程控制

4.1.1 施工前应确定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数，扩大桩头部分采用二喷四搅工艺，下部桩体采用一喷二搅工艺，并根据设计要求通过工艺性成桩试验确定施工工艺。

4.1.2 当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s，与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。

4.1.3 搅拌机预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层下时，方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。

4.1.4 施工时如因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m出，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。若停机超过三小时，宜先拆卸输浆管路，并妥加清洗。

4.1.5 当搅拌桩顶接近设计标高时，应特别注意桩头的施工质量，桩顶1—1.5m范围内增加喷浆搅拌一次。同时搅拌自地面以下1m喷浆搅拌桩提升出地面时，宜慢速;当喷浆口至桩顶标高时，宜停止提升，继续搅拌10—20s，以保证桩头密实均匀。

4.2 桩身质量检测

4.2.1 钉形水泥土双向搅拌桩成桩7天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。

4.2.2 钉形水泥土双向搅拌桩成桩28天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。检验桩数就在随机抽取总数的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、均匀行等综合评价。

4.3 承载力检测

4.3.1 钉形水泥土双向搅拌桩复合地基承载力检验采用复合地基静载试验和单桩载荷载试验。

4.3.2 载荷试验必须在桩身强度满足荷载试验条件，并宜在成桩28天后进行。检验数量为总桩数的1‰－2‰，且每个单项工程不少于3点。

5 环境保护措施

5.1 施工场地布设符合相关环保要求。施工现场的布设减少占用土地，强化环保管理，定期进行环境检查，做到文明施工。工地干净卫生，尽量减少对周围绿化环境的影响和破坏。

5.2 职业危害的防护措施。施工现场主要的职业危害有噪声、粉尘、接触等，为保证职工身体健康，减少职业病的发生。

5.3 废渣的堆积和废弃不影响排灌系统与排灌设施。

5.4 对废土方的堆放点统筹安排，堆放点不压盖植被，尽可能选择荒地。及时对弃土堆放进行整理成形。

6 经验总结

通过钉型双向深层水泥土搅拌桩施工方法代替预应力管桩施工方法总结到，钉型双向深层水泥土搅拌桩是利用土被钻头原地旋转搅拌并与固化剂进行拌合后成桩，不会对周围土体及附近构造物产生挤压和振动;能充分利用软土，避免了大量挖掘和弃土;施工过程中无噪音、污染，对周围环境无不良影响;应用了路堤桩工作受力的特点，可代替价格昂贵的预应力管桩等刚性桩处理软基路段降低工程造价，对软土地基处理深度比较深的地段施工具有重要的推广应用意义。