钉形水泥土双向搅拌桩在临海地区高等级公路中的应用

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【摘 要】 钉形水泥土双向搅拌桩施工技术是南京路鼎公司与东南大学合作发明的一项施工新方法。本文针对常规水泥土搅拌桩技术存在的诸多缺点，结合江苏临海地区软土地基分布范围广、软土层深厚的特点，以临海高等级公路为例，提出了钉形双向水泥土深层搅拌桩技术在该工程中的应用；并提出了钉形桩复合地基法加固软土地基的设计方法、施工工艺以及质量控制技术，对于临海地区高等级公路的设计和施工具有一定参考意义。

【关键词】 钉形 双向 搅拌桩 设计方法 施工工艺 质量控制

1 工程项目概述

临海高等级公路是贯穿江苏南北、贴近海岸的骨干公路，是串联我国东部沿海地区港口、临海产业园区和城镇的重大基础设施项目，是培育、引导新的经济节点，拉动我省沿海地区土地开发的基础性先导设施。全长526公里的临海高等级公路经连云港、盐城和南通三市，临海而建，直接服务于滩涂开发、农业示范区建设和港区发展。

项目紧贴海岸线布设，平均距离海岸线仅3公里～5公里，启东段部分路段紧靠海堤。区内桥头路基段中部分布的2-2a层软土埋深较大，软土具高天然含水量、高孔隙比、高压缩性、渗透性差、强度低等特点，对道路影响较大，应进行软基处理。

2 沿线地质概况

场区地层主要为全新统，主要不良地质为：

沿线区内20m以浅主要的软土层为浅表层广泛发育的1-2层淤泥质粉质黏土和中下部的2-2a层（淤泥质）粉质黏土夹粉砂层。

3钉形水泥土双向搅拌桩技术简介

该技术通过将水泥土搅拌桩成桩机械的钻杆改进为同心双轴钻杆，以及根据主被动土压力差原理设计的在指定位置可控制伸缩的叶片，利用水泥或水泥砂浆作为固化剂，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。并且由于同心双轴内外钻杆同时正反向转动，可以充分搅拌土体及阻断泥浆上冒通道，有效改善复合地基的承载特性，充分发挥地基土体与增强体两部分的承担荷载的潜能，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土复合地基（图1）。

4 工程应用实例概况

临海高等级公路跨越多条等级航道，桥头高填土路段是软土路基处理的重要段落。以大洋港桥桥头高填土路段为例，分析钉形水泥土双向搅拌桩技术在该段落的实际应用。

大洋港为规划Ⅲ级航道，现为江苏省最大的渔港。大洋港桥中心里程桩号为K110+863.7，设计桥长521m。桥梁基础型式拟采用钻孔灌注桩基础。

4.1 沉降计算方法

4.1.1 总沉降计算方法

长板短桩复合地基沉降变形按分层总和法计算。

（3.4.7-2）

式中：——按分层总和法计算的变形量；

——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可采用规范的数值。

——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力（kPa）；

——基础底面下第i层复合土层的压缩模量（MPa）；

、——基础底面至第i层土、i-1层土底面的距离（m）；

、——基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002取值。

复合土层的分层与天然地基相同，复合土层各分层的压缩模量可按复合模量法计算确定：。

式中Es、Ep、Eci为桩间土、桩及复合地基的压缩模量，m为置换率；

对于下卧层，Eci为天然土层的模量。

4.1.2 工后沉降计算方法

对于排水预压，一级或多级等速加载条件下，当固结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度可按下式计算：

4.2 设计参数及计算结果（表1）

5 施工机械

钉形水泥土双向搅拌桩施工机械可利用现有的常规水泥土搅拌桩成桩机械或沉管灌注桩机械等通用设备上，配上专用的双向搅拌桩动力箱体与多功能自动变径钻头（双向搅拌桩动力箱体与多功能自动变径钻头由技术发明公司南京路鼎搅拌桩特种技术有限公司提供），加上同心双轴钻杆就可以实现钉形水向搅拌桩施工。具体机械组合如（图2）：

6 施工工艺流程

不同于常规水泥土搅拌桩的四搅两喷施工工艺，钉形水泥土双向搅拌桩采用两搅一喷工艺施工（变截面处四搅两喷）。桩机运至工地后，先行安装调试，待钻机运转正常、浆泵及计量设施一切调试正常后，桩机移至桩位，开始施工。

（1）整平场地；

（2）测量、放线，布置桩位；

（3）搅拌机定位：缩进伸缩叶片，起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中；

（4）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，至地表或设计桩顶标高；

（6）切土下沉：调整伸缩叶片达上部桩体直径，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，直到变截面设计深度；

（7）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，直到地表或设计桩顶标高以上50cm；完成钉形双向搅拌桩单桩施工。

7 钉形水泥土双向搅拌桩与常规水泥土搅拌桩造价对比

钉形水泥土双向搅拌桩作为一种新技术，单方造价由于机械设备投入多、动力变大、机械摩损偏大，所以单方造价会略有提高，提高幅度约在常规桩基础上增加10%左右。但由于桩身强度的大幅度提高及桩身结构的更趋合理，与常规水泥土搅拌桩相比承载力大幅提高，变形沉降量减小，从而桩间距的加大，大大降低了单位面积地基处理工程造价，总造价降低，其综合经济效益比常规水泥土搅拌桩节省投资约15%～35%，并且随着软土处理深度的增加，其经济效益越发明显（表2）。

8 质量控制

为了保证施工质量，施工单位要根据工艺性试桩确定的各种操作技术参数制定施工要点，具体要求如下：

（1）为保证水泥土搅拌桩的垂直度，首先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。

（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。

（4）双向水泥土搅拌桩在地面以下2m范围内应进行二次喷浆搅拌。

（5）对输浆管经常检查，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。

（6）合理安排桩位施工顺序，以利于整体的成桩质量和软基处理效果。

（7）成桩资料应在施工现场打印，每根水泥土搅拌桩施工完成后，应立即打印成桩资料，严禁补打资料。

9 结语

本文立足于公路项目，通过对工程实例的分析，提出了钉形水泥土双向搅拌桩在工程实践中的应用方法，对解决在临海地区修建高等级公路的软土路基处理问题有一定的参考作用。

参考文献：

[1]《钉形水泥土双向搅拌桩复合地基技术规程》苏JG/T024-2007.

[2]刘松玉，席培胜，洪振舜等.《水泥土搅拌桩加固软弱地基新技术》.

[3]《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）.