钉形水泥土双向搅拌桩施工技术及应用.doc

钉形水泥土双向搅拌桩施工技术及应用摘要：首先分析了常规水泥土搅拌桩产生桩身质量问题的原因，然后介绍了钉形水泥土双向搅拌桩施工机械、成桩原理及施工工艺，给出了钉形水泥土双向搅拌桩在高速公路软土地基处理中的应用实例。并探讨了该技术的优点、存在问题，同时对其推广提出了一些建议。关键词：钉形水泥土双向搅拌桩，施工机械，施工工艺，质量检测，软基处理1 概述由于水泥搅拌桩可以明显提高软弱地基的承载力和减小软弱地基的沉降量，以及缩短工期、工效高、无污染和成本低等优点，水泥土深层搅拌桩在软弱地基处理中得到越来越广泛的应用。但由于桩属于隐蔽工程，在应用过程中也存在不少问题，通过对水泥土搅拌桩应用现状分析研究表明，水泥土搅拌桩产生桩身质量的原因主要有以下几个方面：（1）水泥浆沿桩体垂直分布不均匀。由于土压力、孔隙水压力、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，影响水泥土搅拌桩桩体中的水泥掺入量，从而出现沿桩体深度的水泥含量逐渐减少，造成了水泥浆沿桩体的垂直分布不均。（2）搅拌不够均匀。水泥土搅拌桩的施工机械采用单向旋转搅拌叶片，难以把水泥固化剂和软土充分搅拌均匀，造成桩身水泥土中有大量的土块和水泥结块；（3）水泥土搅拌桩的有效桩长和有效处理深度大大减小，且桩体下部强度软低，有时会出现断、漏、错桩等情况，限制了水泥土搅拌桩的应用。在充分研究水泥土搅拌桩的加固机理和影响水泥土深层搅拌桩成桩质量和桩身质量的因素的基础上，针对水泥土搅拌桩在施工过程中出现冒浆等情况从而导致水泥浆沿桩体垂直分布不均匀、搅拌不够均匀等问题，刘松玉教授等成功研制出钉形水泥土双向搅拌桩施工机械及其施工工艺。本文介绍了钉行水泥土双向搅拌桩的原理、施工工艺，以及在高速公路软基处理中的应用实例，并对其优缺点进行了讨论。2 钉形水泥土双向搅拌桩机械及成桩原理钉形水泥土双向搅拌桩也即钉形水泥土双向搅拌桩的成桩机械是对现行水泥土搅拌桩成桩机械的动力传动系统、钻杆以及钻头进行改进，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，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；同时将搅拌叶片设置成可伸缩叶片(注：该叶片可以在地面以下的任意深度处伸缩)，以方便施工水泥土搅拌桩的上、下不同截面的桩身。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。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。3 施工工艺钉形水泥土双向搅拌桩的施工工艺如图3所示，具体操作步骤如下：（1）平整施工压实场地、定位、放线；（2）搅拌机定位：起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中； （3）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；（4）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；（5）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；（6）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；（7）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；（8）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。4 应用实例建设中的某高速公路软土地基设计采用钉形水泥土双向搅拌桩处理，场地工程地质条件见图4。其中层为耕植土，中密，为灰灰褐色亚粘土，夹植物根茎，中等压缩性土，埋深约在02.0m；层为淤泥质亚粘土：灰褐色，冲湖积相，软流塑，很湿饱和，颗粒较细，粘性较大，下部略含贝壳碎片，埋深约在2.014.0m；层为亚粘土：灰绿色，冲湖积相，可硬塑，湿，颗粒较细，粘性较大，下部略含粉性，含贝壳、钙质铁等结核，多呈中密状，埋深约在14.016.0 m；层为亚粘土：绿黄黄色，上更新统冲湖积相，硬塑，稍湿，颗粒较细，粘性较大，含铁锰等结核，埋深在16.0 m以下（未揭穿）。 钉形水泥土双向搅拌桩的布桩形式为正三角形，水泥固化剂采用32.5号普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5，桩端穿过软土层进入硬持力层500mm。钉形水泥土双向搅拌桩桩长16.5m，桩径500mm，扩大头直径1000mm，桩间距2.0m，扩大头深度4m。设计水泥用量：直径500mm部分水泥用量为65Kg/m；扩大头部分260Kg./m。成桩施工中，搅拌头的提升和下沉的速度不超过1.0m/min，浆泵的喷浆压力为0.40.5MPa。在施工过程中，钉形水泥土双向搅拌桩施工中没有发生丝毫冒浆现象，地面隆起少量松散土体，土体中未发现有水泥浆存在（图5）；而常规水泥土搅拌桩施工中大量水泥浆冒出，土搅拌桩由于冒浆及搅拌不均匀导致桩身上部强度极高，下部较低，分布很不均匀，桩身施工质量较差。5 讨论（1）与常规水泥土搅拌桩相比，钉形水泥土双向搅拌桩同样施工方便、操作简单，机械在现有的水泥土搅拌桩机械上改造即可，设备投入少。（2）有效解决了传统水泥土搅拌桩由于施工过程中冒浆、搅拌不均匀引起的一系列桩身质量问题，保证水泥土搅拌桩桩体中的水泥掺入量，提高水泥浆分布的均匀性，桩身质量大大提高。（3）由于该桩充分利用了复