浅谈水泥土双向搅拌桩法在软基中的处理

摘要：水泥土双向搅拌桩是近年来发展速度较快的一种桩基类型，具有诸多的优点，目前在软基加固处理中有所应用及推广。本文就水泥土双向搅拌桩在软基中的处理进行了探讨，结合了具体的工程实例，详细介绍了水泥土双向搅拌桩的处理方法，并系统阐述了施工工艺、注意事项及质量检测方法，以期能为类似的施工建设提供参考借鉴。

关键词：水泥土双向搅拌桩；处理方法；软基

水泥土双向搅拌桩是一种新型软基处理方法，其利用水泥或水泥砂浆作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有整体性、水稳定性和较高强度的水泥土加固体。对于软基中的处理起到很大的巩固效果。本文就水泥土双向搅拌桩在软基中的处理进行了探讨，以期能为类似的施工建设提供参考借鉴。

1某地区软土特性及影响

1.1软土的成因

这地区属于珠三角洲冲积平原，系典型软土地区，地质环境条件相对较为脆弱，场地地表下均为晚近地质历史时期沉积的第四纪地层，固结程度较低。

道路部分浅部发育的土层主要为：①2素填土（以粉质粘土为主）、②3―1t灰色淤泥质粉质粘土、②3―1灰色粘质粉土、②3―2灰色砂质粉土、②3―2t灰色淤泥质粉质粘土夹粉土、④灰色淤泥质粘土、⑤1―2灰色粉质粘土夹粉土⑤2灰色砂质粉土夹粘性土。局部浜底分布有①0浜底淤泥。其中沿中层分布的②3―2t层（灰色淤泥质粉质粘土夹粉土）、④层（灰色淤泥质粘土）、⑤1层、⑤3层（灰色粉质粘土）较发育，压缩模量小，含水量大，土层性质较差，分布厚度大，形成了连续软卧土层。

1.2软土特性

软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、空隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。其特征指标值为天然含水量（%）≥35与液限，天然空隙比≥1.0，十字剪切板强度

某地区地质分布主要在中层分布的②3―1t灰色淤泥质粉质粘土、②3―2t灰色淤泥质粉质粘土夹粉土、④灰色淤泥质粘土、⑤1―2灰色粉质粘土层为高压缩性、高灵敏度、低强度软粘土，在荷载作用下将产生较大的沉降变形，土层渗透系数小，固结速率缓慢，是路基的主要压缩层，对道路的沉降控制较为不利。

1.3软土对路基工程的影响

路基是公路的重要组成部分，是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载，应有足够的强度、稳定性和耐久性。由于软土地基具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性强、承载能力低等特点，因此地质土层存在软土时往往容易引起路基沉降，对施工期间及工后路基稳定及整体质量都有较大影响，如路基施工加荷速率过快，软土来不及固结和强度增长，使得因加载而产生的剪切强度超过土体抗剪强度，发生局部剪切破坏，在施工中发生路堤纵向开裂及滑塌，最终可能导致软土地基的失稳破坏；如不针对性的处理软土地基，随着时间的推移，将会出现路面沉陷、桥头跳车等病害，直接影响到交工后公路的使用功能。

故软土地基处理是公路工程施工中遇到的难点之一，也是勘察设计及施工单位重点解决的一个环节。

2水泥土双向搅拌桩法

传统单向水泥土搅拌桩采用单向叶片搅拌，目前在地方推广采用的钉形水泥土双向搅拌桩是通过对常规水泥土搅拌桩的改造，采用了双层叶片，上下叶片同时搅拌。两者对土体加固机理的区别可汇总如下：

①传统单向水泥土搅拌桩喷出的水泥浆易沿钻杆上行，会冒出地面，因此往往存在桩体上部水泥含量较高，越往下水泥含量越少，使其有效桩长大大减小（12～15m）。

②传统单向水泥土搅拌桩由于搅拌叶片的同向旋转，很难把水泥土充分搅拌均匀，造成水泥与土体成层状构造，影响了桩体的强度；而双向搅拌桩采用正反向不同速旋转叶片同时双向搅拌，把水泥浆控制在两组叶片之间，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。

③双向搅拌桩正反向叶片同时旋转，叶片产生的环向力相互抵消，其钻杆不再象单向搅拌钻杆左右摆动，降低了对桩周边土体的扰动，保证了桩体的垂直度，并能使桩土复合效果更好。

该工艺已在许多地区软土地基加固中有较多成功案例，其工艺吸收了传统水泥搅拌桩的优点，并对不足之处进行了改进，施工过程中无振动、无噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，搅拌均匀、成桩质量可靠，具有较好的综合效益。

3工程概况

某路新建工程为某区南北向贯通城市次干路，沿线地势平坦，周边分布桔园、农田、鱼塘及少量民居建筑。全线有3座桥梁，桥头填土高度大于3.5m，为了减小桥头路基沉降，确保工程质量，在桥头路基均采用钉形水泥土双向搅拌桩进行处理。

3.1设计参数

水泥土双向搅拌桩成桩质量较好，目前采用施工机械常规桩径为70～100cm，桩径及桩间距较一般水泥搅拌桩略大，使其具有经济可比性。合作路设计采用双向搅拌桩设计桩径为70cm，靠近地表1m范围采用扩大桩头设计，桩头直径为100cm，扩大桩头可增加复合地基的整体承载力。设计处理段长25m，桩间距2.0m，桩长24m；过渡段长15m，桩间距2.5m，桩长12m，桩间呈三角形布置。

3.2施工工艺

具体施工工艺为：①施工场地清表整平；②根据设计要求及现场情况布设桩位图，现场桩位测量放样；③水泥质量抽样检测，确保材料质量；④现场试桩，进行钻芯取样强度试验，获取合理的水泥掺量及施工操作工艺；⑤施工搅拌桩，采用湿喷法，双向搅拌，采用四搅两喷工艺；⑥桩顶施工至原地面以下30cm停浆，然后将原地面以下30cm翻犁掺灰压实（掺5%生石灰），铺设一层土工格栅，回填30cm碎石垫层，上铺设路基。⑦设置挡土墙路段，挡土墙基面范围内水泥搅拌桩施工至挡土墙基底下30cm。

建议采用强度等级42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥掺入量建议100kg/m，扩大头桩设计水泥掺入量200kg/m。要求按设计水泥掺入量±10%进行现场试桩，每种掺量试桩根数不少于3根，以确定最终水泥掺入量。

施工机械采用深层搅拌桩机（宜兴周铁SJB-II），配有卷扬机、吊挂装置滑轮、液压系统、水泥制备系统等。

3.3施工注意事项

①搅拌桩施工前需进行试桩，成桩养护28d后需进行单桩、复合地基承载力检测，以及桩身质量评定。

②搅拌桩施工根据施工工艺及工艺性试验确定的操作参数进行，并随时记录压力、喷浆量、钻机钻进与提升速度、孔底电流等参数。

③按设计喷浆量喷浆，施工中发现喷浆量不足时，应及时对原桩复钻复喷。桩身底部5m必须保证水泥掺入量满足设计要求，到达设计标高时应适当停留30s，保证桩端质量。

④如原地面为河塘路段，则先清淤回填、碾压至原地面，再施工搅拌桩，打桩路段填浜处理时不摊铺碎石、土工格栅等；设置挡土墙路段，挡土墙基面范围内水泥搅拌桩施工至挡土墙基底下30cm。

⑤施工前需查明场地内地下及地上管线位置与标高，采取必要措施，避让并保护管线。

⑥加固区应设置临时排水设施，保持场地不积水。

3.4质量检测标准

初步确定设计参数后，需进行现场试验，设计要求按设计水泥掺入量±10%进行现场试桩，每种掺量试桩根数不少于3根。确认该工艺满足强度要求后再大面积施工。

①施工质量标准要求。

②根据道路特点，设计要求单桩承载力≥230kN，路基处理段复合地基承载力≥130kPa，过渡段复合地基承载力≥110kPa。成桩后28d后进行单桩承载力与复合地基承载力测试，检测数量为每工点总桩数的0.2%（单项工程不少于3点）。

③设计要求28d龄期钻孔取芯，检测数量为每工点总桩数的0.5%，每根检测桩必须在桩身的上部、中部、下部至少3个点做取芯试验。取芯同步做标准贯入试验，每根检测桩每1m做一次标贯试验，当标贯击数

3.5质量检测结果

经某公司对桥头路段深层水泥搅拌桩的检测报告，合作路全线共六处桥头路基检测了21根水泥搅拌桩。

根据上述深层搅拌桩的检测数据分析，桩体强度由上部至下部逐渐降低，平均强度由4MPa逐渐下降至0.2MPa，标贯击数由35击逐渐下降至7击。桩体上部强度较高，下部特别是靠近5m范围内强度较低，通过桩体硬度状态调查也发现，上部桩体呈现坚硬状态，下部5m范围内桩体仍呈现硬塑状态。

由此可见，水泥搅拌桩上部易硬化，下部桩体受地下水等环境影响较大，28d时深层强度不能完全形成，该现象在普通水泥搅拌桩检测中同样存在。因此针对水泥搅拌桩上、中、下层不同部位应给予不同强度评定指标，这在广州、佛山地区等地多个工程中均加以验证。

结合相关工程经验，将桩体划分为5m一挡，各档设计标准由下向上逐级过渡，强度检测标准判定桩体质量优良范围≥0.5（底层区间）～1.5（顶层区间）MPa，合格范围≥0.2～0.8MPa；标贯击数判定桩体质量优良范围≥15～30击，合格范围≥6～20击。计算各层得分时，标贯击数按70%计，无侧限抗压强度按15%计，硬度或状态描述按15%计，根据各层得分，采用层厚加权平均得出各桩深区间得分，各桩深区间层厚加权平均值为该桩综合得分。

通过对本工程桩体进行综合质量评定加以判断，桩体质量均能够满足要求。

4结语

综上所述，得出水泥土双向搅拌桩对处理路基与软土地基是成功有效的，在技术条件允许的情况下应广泛使用。当然，在施工中还应注意环境保护，采取适当措施减轻对环境的影响，而且路基及基础工程应避免雨水挤压浸泡，并持续改进技术方法加强成本控制，从而能更好地应用水泥土双向搅拌桩技术。

参考文献：

[1]罗天右、郭兴春.软基处理方法的探讨―钉型双向水泥土搅拌桩法[J].河南科技.2013（07）.

[2]严晔.双向水泥土搅拌桩在软基处理中的应用[J].市政技术.2010（04）.