钉形水泥土双向搅拌桩应用分析
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作者: 李兰英 翟楠楠 李克勤
[摘 要]本文对钉形水泥土双向搅拌桩与水泥搅拌桩进行了比较，并就钉形水泥土双向搅拌桩加固软土地基进行了分析。
[关键词]钉形水泥土；双向搅拌桩
中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0163-01
一、钉形水泥土双向搅拌桩与水泥搅拌桩的比较
水泥土搅拌桩是一种常用的处理软土地基方法，它通过深层搅拌机械边钻进边向软土中喷射水泥浆液，使喷入软土中的水泥浆液与软土充分拌合在一起，水泥浆液和软土之间产生的一系列物理-化学作用，形成强度比天然土高，并具有整体性、水稳性的水泥土加固体。
水泥搅拌桩可以提高软土地基的承载力和减少软土地基的沉降，同时其施工工期短、功效高、造价较低，故在软土地基处理中得到广泛的应用。 但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、由于施工采用单向旋转搅拌叶片，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、由于上述两方面问题，造成水泥搅拌桩的处理深度较浅。
而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、处理长度均高于传统的水泥搅拌，使其桩距要大于传统的水泥搅拌，其经济性要优于传统的水泥搅拌，且随着处理深度的增加，其优势愈加明显。
二、钉形水泥土双向搅拌桩处理软土路基分析
（一）场地整理及试桩
施工前应事先平整场地，清除表土、地下和地上障碍物，遇有明浜、池塘及洼地时应抽水和清淤，回填粘性土料至设计桩顶标高并压实，不得回填杂填土或生活垃圾。为了更科学地指导施工，严格控制双向水泥土搅拌桩施工质量，在正式施工前，必须进行现场工艺性试桩。试桩的主要目的是：
1、掌握满足设计单桩喷浆量 （由水泥掺入量、水灰比计算）的各种技术参数，如钻进速度、钻杆提升和下沉速度、喷浆压力、断桨量、搅拌机转速等（供参考的双搅桩机械参数： 钻进速度0.7m/min～1.0m/min， 提升速度0.7m/min～1.0m/min， 内钻杆转速≥50r/min， 外钻杆钻速≥70r/min，钻进时喷浆压力0.25MPa～0.4MPa）；
2、掌握下沉和提升的阻力情况，选择合理的搅拌头形式、电机功率与搅拌叶片的宽度和倾角等（供参考的双搅桩机叶片宽度为80mm～100mm， 叶片厚度为25mm～40mm， 叶片倾角为10°～20°）；
3、检验室内试验所确定的配合比、水灰比是否适合；
4、检验桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求；
5、检验复合地基承载力和沉降是否满足设计要求。
（二）钉形水泥土双向搅拌桩施工注意事项
在场地平整及试桩后，可以正式开始钉形水泥土双向搅拌桩施工，其施工如下：
1、搅拌机就位：起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中；
2、喷浆下沉：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（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；
3、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，直至设计深度； 桩端应就地持续喷浆搅拌10s以上；
4、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，至扩大头底面以下0.5m～1m，开启送浆泵，向土体喷浆，直至扩大头底面标高；
5、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，直到地表或设计桩顶标高以上50cm，关闭送浆泵，将钻头提升出地表，并观察叶片展开程度；
6、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，直至扩大头设计深度；
7、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，直至地表或设计桩顶标高以上50cm，完成单桩施工。一般情况下，下部桩体采用“两搅一喷”即可，而扩大头部分为保证施工质量，宜采用“四搅四喷”。
（三）为了保证施工质量，施工工程中应注意以下问题：
1、为保证水泥土搅拌桩的垂直度，首先应保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度， 控制水泥土搅拌桩的垂直度偏差≤1.5%，桩位偏差≤5cm；
2、严格控制钻机下钻深度、浆喷高程及停浆面，确保喷浆长度和水泥浆液喷入量达到设计要求，如因意外原因断浆，必须在最快的时间内3h以内）补喷，重叠复喷50cm以上，超过3h按照规定重新补打1根桩，确保全桩水泥用量不得少于试桩时确定的水泥用量，每米用浆量误差不得大于5%；
3、水泥浆必须按预定的配比进行拌制，保证每根桩所需的浆液一次单独拌制完成，使用前过筛并在3h内用完；浆液储量不少于1根桩的用量，否则不得进行下1根桩的施工；施工时输浆管路保持潮湿，以利于输浆；
4、经常检查输浆管，不得泄漏和堵塞，管道长度不得大于60m；定期检查钻头，保持钻头直径误差在-1cm～+3cm之间。
三、钉形搅拌桩的优点
（一）施工质量对比
1、双向水泥土搅拌桩机的正反向旋转叶片同时双向搅拌，把水泥浆控制在 2 组叶片之间，使水泥土充分搅拌均匀，保证了成桩质量，特别是水泥土搅拌桩深层桩体质量。
2、大量工程实践表明，常规水泥土搅拌桩施工中会出现冒浆现象，大量水泥浆冒出地表，严重影响桩身的水泥掺入量，特别是下部桩体的水泥掺入量。大量工程桩水泥土芯样表明，常规水泥土搅拌桩芯样出现水泥包裹土团的现象和成块的水泥凝固体。所有这些现象均表明传统水泥土搅拌桩普遍存在水泥土搅拌不均匀现象，严重影响桩体成桩质量。
（二）经济方面对比
双向水泥土搅拌桩单桩的材料费与现行水泥土搅拌桩相比没有发生任何变化；但双向水泥土搅拌桩的机械费用与现行水泥土搅拌桩相比，虽增加了 10%～15%，但双向水泥土搅拌桩人工费减少约 20%～30%，且成桩质量有保证，因而总造价基本不变。
四、结束语
大量工程实践表明，水泥土搅拌桩具备较多优越性，但在应用过程中也出现一些问题，如桩体水泥掺入量达不到设计要求、搅拌不够均匀、桩间距较小，破坏了土体的天然结构，硬壳层自身强度没有充分发挥等。针对上述问题，在充分研究水泥土搅拌桩的加固机制和影响水泥土搅拌桩成桩质量的基础上，研制出钉形水泥土双向搅拌桩。钉形水泥土双向搅拌桩是对现有设备进行改造，在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统带动分别安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌，通过搅拌叶片的伸缩，使桩身上部截面扩大而形成的钉子形状的水泥土搅拌桩。因此，应推广钉形水泥土双向搅拌桩在软弱路基中的广泛应用。
参考文献
[1] 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]. 道路工程，2012（11）.
[2] 朱志铎，刘松玉，席培胜，周礼红. 钉形水泥土双向搅拌桩加固软土地基的效果分析[J]. 岩土力学，2009（7）.
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