徐枫

徐州市公路工程总公司

摘 要：作为软土地基加固处理的常用方式，钉形双向水泥搅拌桩将水泥作为固化剂材料，通过水泥与软体的物化反应，形成具有压缩性、稳定性的水泥土桩，有效地提升了基础的稳定性。在阐述软土地基加固方法的基础上，分析钉形双向水泥搅拌桩加固原理及成桩过程，并对其具体的工艺要点及质量控制措施进行分析，旨在进一步提升钉形双向水泥搅拌桩施工质量，提升软土地基加固效果。

关键词：软土地基;加固施工;钉形双向水泥搅拌桩;

作者简介：徐枫（1988—），女，工程师，研究方向为道路桥梁工程。;

0 引言

我国东部沿海地区广泛存在土体强度较低的软土地基，其在施工过程中的压缩量较大，且承载能力较差，一旦加固处理不妥当，将严重影响工程项目的顺利推进，并形成潜在隐患。随着当前科技水平的发展进步，新型软基处理工艺不断得以发展应用，其中的水泥搅拌桩凭借一系列应用特点而备受工程师青睐，如软基处理效果良好、施工过程效率较高等，逐渐在软基工程施工工艺中占据了重要地位。钉形双向水泥搅拌桩是一种常用的桩基础施工方式，其能有效改善软土地基的力学状态，提升软土地基承载能力。

1 软土地基常见施工方式

软土地基加固处理是当前工程项目基础施工的重要内容，其直接关系着工程项目的建设质量和效益。现阶段，软土地基的加固方式逐渐多样化，除预应力管桩、水泥搅拌桩外，堆载预压法、钉形水泥双向搅拌桩等都是较为常用的方式。其中，预应力管桩在深厚软弱层、填土高度较高的区域应用较多，具有施工工期短、质量易于控制的特点，但其整体的造价较高，且对邻近建筑物有一定的影响。对于软弱土体厚度在15～20m范围之间的，可考虑使用水泥搅拌桩方式进行施工，该方法在项目工期控制中作用突出，但受限于施工过程质量控制水平，其桩身的质量强度难以得到保证。

堆载预压法是深厚软弱土加固中常用的一种方式，其虽然施工工期较长，但是处理后的软弱土能均匀沉降，加固效果较好，且工程造价低廉。

深厚软弱土加固的另一种方式即为钉形双向水泥搅拌桩，该加固方式本身属于专利技术，其施工工期大多为3～5个月，施工过程中桩体加固质量容易控制，大范围施工造价较为低廉，且成桩后桩体的强度较高，能有效满足软弱地基的施工需要[1]。

2 钉形双向水泥搅拌桩加固原理及成桩过程

2.1 加固原理

作为软土地基加固中较为普遍应用的一种搅拌桩加固形式，钉形双向水泥搅拌桩工艺主要是基于传统的水泥土搅拌桩工艺，在钻杆上另行增加了相反方向运行的旋转搅拌叶片，在开展土层钻进时对土体实施相反方向的切割搅拌，这种搅拌具有同步性特征[2]。同时，搅拌叶具有伸缩功能，在搅拌桩体上部区域时适当增扩桩体截面，由此形成了类似钉子形状的水泥土搅拌桩。从施工过程来看，在钉形双向水泥搅拌桩加固过程中，水泥等材料充当着固化剂的角色，其能在传动系统的辅助下，保证水泥和软土混合并产生理化反应，最终形成具有压缩性的水泥土桩。相较于传统的水泥搅拌桩，钉形双向水泥搅拌桩不仅具有良好的整体性、水稳性，而且压缩性较强，整体强度突出，能有效地提升地基的承载能力，满足工程建设需要。

2.2 成桩控制

钉形双向水泥搅拌桩成桩过程具有较强的专业性、综合性和负载性。

(1）在成桩器材层面，钉形搅拌桩改造和完善了既有搅拌桩设备，主要表现为改变传统搅拌设备的传动系统；同时更换相关组件，如钻头或钻杆等，形成具有双轴钻杆结构的新型搅拌设备；另外，在搅拌设备内钻杆、外钻杆应用中，分别配置了正向旋转和反向旋转的叶片，提升了整体的搅拌效果。

(2）成桩作业过程中，一旦搅拌设备开始运作，则外钻杆作反向运动，对混合土体形成一定的压降作用，在此过程中配合内钻杆的运动，能有效地完成土体的双向搅拌，并且避免了水泥浆的上涌问题，实现了水泥浆在两个叶片间的均匀搅拌。

(3）考虑到软土地基处理工况的差异性，需将叶片设置成可伸缩性，以充分保证设备灵活性，提升钉状桩的成桩质量[3]（图1）。对比传统软土地基中的工程桩加固效果，钉形双向水泥搅拌桩能有效协调桩与土的承载比例，降低桩土应力比，充分发挥桩间土的协同效果，确保了基础底面受力均衡，有效地防范了地基沉降现象，提升了地基的承载能力。

图1 钉形双向水泥搅拌桩结构 下载原图

3 钉形双向水泥搅拌桩施工技术要点及质量控制措施

3.1 施工技术要点

3.1.1 施工流程

规范控制钉形双向水泥搅拌桩成桩流程，能充分保证施工的规范性，提升钉形双向水泥搅拌桩桩体加固施工质量。通常在完成施工场地平整和放样工作后，需做好搅拌机的定位工作，随后施工人员需按照喷浆切土下沉、收缩叶片和喷浆切土下沉、提升搅拌、伸展叶片提升搅拌、喷浆切土下沉、提升搅拌的顺序进行施工。完成上述工序后，需进行成桩质量检测，并移动到下一成桩点进行后续施工（见图2）。

3.1.2 工艺要点

在完成场地平整进行放线时，应在全站仪等设备的支撑下，系统定位起始桩位、边线位置及桩位。该环节中，应做好桩位偏差和系统控制，确保桩位偏差保持在50mm以内。搅拌桩定位前，先需要规范检查钻头直径、钻杆长度，并对输送导管、水泥浆罐压力进行调节，合理配置电源，为后期应用奠定良好基础。

图2 钉形水泥土双向搅拌桩施工流程 下载原图

软基处理横断面是工程项目质量控制的重要内容（见图3），其受诸多因素影响，施工要点为：

(1）切土下沉施工中，应严格按照导向架基准条件，按自上而下顺序开展水平竖直切土。该环节中，应确保相反方向的两组叶片持续运行。

(2）应注重收缩叶片和伸展叶片的控制。在收缩叶片过程中，应使收缩后的叶片直径保持在500mm，并同步保持运行，充分搅拌混合水泥的软土。此外，在收缩叶片过程中，需保证桩端处稳定喷浆，至设计深度后维持喷浆10s。伸展叶片过程中，应改变叶片的旋转方向并将直径伸至1 000mm，在此过程中保持运行，至超过桩顶50cm后，停止喷浆。

(3）在收缩叶片及伸展叶片过程中，存在一定的搅拌提升操作。搅拌提升中，叶片一般作反方向转动，要求搅拌桩提升到相应的高度，一般在搅拌机提升到桩顶50cm后停止转动和喷浆[4]。

3.2 质量控制措施

在采用钉形水泥土双向搅拌桩进行软土地基处理中，应在规范施工技术应用的基础上，重视其施工质量的有效控制。

(1）固化剂材料的选用对于项目施工质量具有较大影响，对此应按照设计标准严格配制固化剂浆液材料，要求该材料配制后停置时间不超过2h，且使用前不得离析；使用过程中，浆液需实施加筛过滤操作，避免对设备造成影响。

图3 钉形水泥土双向搅拌桩软基处理横断面 下载原图

(2）在双向搅拌桩成桩施工中，要求严格控制桩体的施工质量，如在桩体控制中，要求其垂直度、桩位偏差分别不超过1%和50mm。同时，在操作搅拌设备过程中，严格控制下钻速度、喷浆深度，并应对停浆面进行管理，确保喷浆工序满足要求。成桩后，需做好桩体保护和质量检查，避免桩体强度不够、承载力不足，影响后续施工。

(3）为保证钉形水泥土双向搅拌桩成桩质量，还要求重视项目施工中常见问题的处理，譬如针对钻头下沉困难的问题，要求通过调高电压、排除障碍物等方式，确保搅拌设备规范下沉；而当施工中出现混合土体和钻头同步旋转时，应考虑到该问题的形成不仅与水泥浆浓度过大有关，而且受搅拌叶片角度设置不合理等因素的影响，故应对项目施工中的水泥浆液进行重新配制。同时，应注重搅拌叶片与搅拌轴夹角调整，以满足后期施工需要等。

4 成桩质量检测

钉形水泥土搅拌桩成桩完成之后，应按规范要求于28d后对相应的技术指标进行把控，如桩身强度以及复合地基承载力，通过关键指标的检测，保证软基加固效果满足预期。

4.1 桩身强度

在钉形水泥土搅拌桩等强养护至相应时长后，按照规范的试验方案，于施工现场对桩体开展钻芯取样。获取的芯样应当结构完整，桩体连续，样品长度可在100～300mm之间。钻芯取样完成后，将所得芯样放至密封袋中仔细封存，并置于实验室中进行检测，确定其28d无侧限抗压强度值。在实际实施中，选择五根桩体进行桩身强度检测，每根桩体钻芯取样5份，将5份芯样测得的抗压强度值取平均值，作为该桩体的最终桩身强度值。具体的桩身强度检测结果参见图4。

根据桩体无侧限抗压强度数据可知，该工程中受检的5根桩体桩身抗压强度均大于规范要求的1.0MPa，表明所述的成桩流程和质量控制措施可靠，满足施工要求。另外，考虑5根桩体沿桩长深度方向的强度分布情况，统计不同深度处桩体强度的标准差，结果如图5所示。可见，5根桩体的桩身强度分布标准差均在0.1以下，表明桩体强度分布的离散性不大，桩身强度基本均匀，验证了所述工艺措施能保证整个桩体强度的均衡性。

4.2 复合地基承载力

在证明桩体成桩强度和分布的可靠性后，为进一步保证工程软土地基的整体承载力，还需按照规范方案对该钉形水泥搅拌桩复合地基的承载力进行检测。具体检测手段采取现场载荷法。在实际承载力检测过程中，分步对桩体进行加载10次左右，每次加载后对相应的沉降数据进行记录。需要注意的是，当受检范围内的土体被挤出或荷载板边缘上翘，或沉降数据突然变大时，即应停止加载，终止检测。再根据采集的施加荷载值与沉降数据，绘制相应的压力-沉降曲线及其对数曲线，并根据曲线形状判断复合地基承载力。由检测曲线可知，钉形水泥搅拌桩的压力-沉降曲线在荷载值为180kN时发生突变，表明该数据即为极限荷载。而由其沉降曲线的对数曲线分析可知，待测桩体的复合地基承载力数据均在规范要求的设计值之上，因此，本次软基加固效果较好，达到了预期的目标。

图4 桩体无侧限抗压强度检测结果 下载原图

图5 桩体无侧限抗压强度值标准差 下载原图

5 结语

钉形水泥土双向搅拌桩是软土地基处理常用的施工方式，施工人员应充分掌握钉形水泥土双向搅拌桩的技术原理，结合实际情况进行工序环节和施工技术要点控制，并在成桩结束后，按照规范所述方案对桩体相应的28d无侧限抗压承载力以及复合地基承载力进行检测，以保证成桩质量符合设计需求，增强软土地基承载能力，保证公路质量。

参考文献

[1] 武雅兰，杨春辉.水泥土搅拌桩在公路软基处理中的应用分析[J].卷宗，2019,9(30):335.

[2] 孟范兵，夏珊珊.钉形水泥土双向搅拌桩在穿堤泵站软弱土地基处理中的应用[J].广东水利水电，2021(7):92-96,103.

[3] 陈琳.提高钉形双向水泥土搅拌桩的成桩合格率的研究[J].建筑技术开发，2020,47(13):137-138.

[4] 刘涛.钉形水泥土双向搅拌桩在路基工程中的应用研究[J].科学与财富，2019(11):298.

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