钉形水泥土双向搅拌桩施工工艺

摘要：水泥搅拌桩指利用水泥等材料作为固化剂，通过搅拌机械，在软土地基深处，就地将软土和固化剂强制搅拌，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土加固体，从而提高软土地基的承载力，减少地基沉降。大量实践表明：水泥搅拌桩具有施工简便、工期短、振动小等优点，在软土地基处理工程中得到广泛应用。

但是，传统工艺的普通水泥搅拌桩也因其有：水泥土搅拌体均匀性差导致桩身强度低、搅拌浆液上冒导致桩体上部水泥含量高及大量水泥浆浪费、受力不合理、经济效益低等缺点，也发生了不少的质量事故，使很多地方对其施工技术产生了怀疑，采取了慎用、甚至限用的态度，促使了包括钉形水泥双向搅拌桩在内的新工艺的研究开发。

关键词：钉形水泥土 双向搅拌桩施工工艺

一、钉形水泥双向搅拌桩基本原理

钉形水泥双向搅拌桩是指在分析水泥土搅拌桩复合地基应力传递规律和土拱效应的基础上，对现有设备进行改进，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、外嵌套的同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土，通过多功能钻头搅拌叶片的自动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。

二、钉形水泥双向搅拌桩施工流程

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，直到设计深度,桩端应就地持续喷浆搅拌10秒以上；

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，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；

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，直到扩大头设计深度；

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，直到地表或设计桩顶标高以上50cm，完成单桩施工。

钉形水泥土双向搅拌桩施工工艺流程图

三、钉形水泥双向搅拌桩工艺要求

1、打桩顺序的一般规定

（1）钉形水泥双向搅拌桩属于非挤土桩，一般情况下对施工顺序无特殊要求。

（2）若施工场地一侧靠近建(构)筑物，应从靠近建(构)筑物一侧由近向远施工。

（3）若施工场地一侧靠近边坡，应从靠近边坡一侧由近向远施工，在坡边施工应采取可靠的防护措施，防止边坡失稳和机械安全。

2、成桩要求

（1）施工前必须保证机架垂直，偏差不大于1％，保证机架地盘水平。桩位偏差不大于50mm，桩径和扩大头高度不小于设计值。

（2）桩长由设计和施工工艺参数控制，施工至设计桩底附近应注意最后30s电流和进尺参数，其值由工艺性试桩确定。

（3）成桩过程中应控制水泥浆的比重，并符合有关技术要求。

3、桩身质量检测

（1）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，如实作好记录，检查频率为0.5‰，且不少于3根。

（2）成桩28天后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0.5%，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径桩外取芯，通过芯样可对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等综合评价。

4、承载力检测

（1）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。

（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0.1%-0.5%，且每个单项工程不少于3点。

四、钉形水泥双向搅拌桩与普通水泥搅拌桩施工实例比较

根据蓟港铁路扩能改造工程地基处设计方案，如达到相同的地基承载力要求，钉形水泥双向搅拌桩地基处理方案与普通水泥搅拌桩方案进行对比，其相关数据见下表。

根据上表数据分析，在地基处理面积相同的条件下，钉形水泥土搅拌桩与普通水泥土搅拌桩比较，具有以下优点：

1、桩根数少，减少桩机移机、对位次数，可缩短施工时间。

2、减少水泥用量，可节约水泥350400 kg，经济效果显著。

除以上两点外，钉形水泥土搅拌桩与普通水泥土搅拌桩比较，还具有以下优点：

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和对桩周土扰动。

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。

结束语：钉形水泥土双向搅拌桩由于桩身强度的大幅度提高及桩身结构的更趋合理，与普通水泥土搅拌桩相比，地基处理后复合地基承载力效果更佳；从现有的工程实例看，其综合经济效益比普通水泥土搅拌桩节省投资约20%，并且随着处理软土深度的增加，其经济效益越发明显；由于钉形水泥土双向搅拌桩复合地基较常规水泥土搅拌桩的桩间距有较大的增加，处理相同面积软土地基的总桩数大大减少，可大大缩短工期。