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摘要：传统的水泥土搅拌桩处理软土地基具备较多的优越性，但是在大量的工程实践应用过程中也出现了很多的问题。主要表现在成桩质量难以保证、处理深度偏浅、桩土共同作用难以协调。针对传统的常规水泥土搅拌桩在工程实践中出现的问题，需要分析原因，研究更好的施工工艺和桩体结构来满足工程的需要。本章介绍一种新型的水泥土双向搅拌桩技术及其施工机械和施工工艺，简要介绍该桩的桩身质量检测方法以及适用条件。
关键词：钉形；搅拌桩；原理；工艺
中图分类号： U412.36+6文献标识码：A 文章编号：
1.钉形与双向水泥土搜拌桩的适用条件
钉形与双向水泥土搅拌桩是一种新型地基处理技术，它主要适用于的土质条件有：吹填土、含水量较高的泥炭土、含有机质较高的激泥质土等地基承载能力标准值不大的软土地基。当地下水或土样的pH值小于4时，土样呈酸性，将严重影响水泥水化反应的进行水泥水化的不完善将阻碍水泥与土颗粒发生一系列的物理化学反应，当然也就无法用水泥加固土。要加固这种土可在固化剂中掺加水泥用量5%的石灰，就可使水泥周围的环境变成碱性，将大大利于水泥水化反应的进行。当钉形与双向水泥土搅拌桩用于加固以上土层时，宜通过试验确定其适用性。
2钉形与双向水泥土搅拌桩技术
钉形水泥土双向搅拌桩是指对现有传统的水泥揽拌桩成桩机械设备进行改进，由成桩机械的动力系统带动安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅捽水泥土，通过搅拌叶片的伸缩改变披身直径，可根据搅拌叶片伸缩的不同直径，形成不同直径的扩大头。
3.单柱承载力计算公式：
由图1可知，钉形水泥土双向搅拌桩单桩承载力由4部分组成：扩大头侧壁所受侧摩阻力、“翼缘”下部土体对扩大头的支撑力、桩周土体对下部桩体侧壁所提供的摩阻力以及桩端土体对下部桩体的支撑力。单桩极限承载力应结合单柱破坏模式进行分析。
钉形水泥土双向搅拌桩结构组成如图1所示。
单桩极限承载力应由下式确定：
综上所述，钉形水泥土双向搅拌桩单桩承载力按下式计算：
式中：
R:——单桩承载力特征值（KN);α1, α2——变截面、桩端处地基土承载力折减系数；
单桩复合地基承载力计算公式：
式中：
Ra———单桩竖向承载力特征值（kN）
fspk——复合地基承载力特征值（KPa);
fsk——处理后桩间土承载力特征值（KPa);
β——桩间土承载力折减系数；
mi——扩大头面积置换率，mi=D2/d2
Ap1———扩大头部分桩体横截面积（m2）；
4钉形水泥土双向揽拌桩施工工艺
钉形桩扩大头四次搅拌，三次喷浆，下部桩身采用两次搅拌一次喷浆，在每次搅拌过程中，钻头搅拌叶片采用正反方向旋转，具体施工流程如图1所示。
图1钉形水泥土搅拌桩的施工工艺流程图
(1)桩机定位→切土旋转下沉→改变旋转方向缩径切土下沉→边提升钻头边搅拌→伸展旋转叶片提升搅拌→钻头提升到地面后，再边搅拌边下沉→两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土直至地表→桩顶1~1.5m范围进行人工處理；
（2）在场地平整及试桩后 ， 可以正式开始钉形水泥土双向搅拌桩施工， 其施工工艺如下：a）搅拌机就位： 起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中；b）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；c）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， 直至设计深度； 桩端应就地持续喷浆搅拌10s以上；d）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， 至扩大头底面以下0.5m～1m， 开启送浆泵， 向土体喷浆， 直至扩大头底面标高；e）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， 关闭送浆泵， 将钻头提升出地表， 并观察叶片展开程度。
5钉形水泥土双向搅拌桩施工参数分析
5.1钉形水泥土双向搅拌桩机械参数的确定
钉形双向水泥土搅拌桩的最大施工深度和扩大头最大直径主要取决于施工机械参数和地基土体的力学性质，而施工机械参数主要包括施工机械的动力系统的输出功率、内外钻杆的转速、搅伴叶片的宽度和倾角，施工前应根据设计桩深和桩径确定这些参数。在确定施工机械参数中，在保证工程质量的前提下，尽量充分利用内、外钻杆动力系统的最大输出功率。
5.2钉形与水泥土双向搅拌桩施工工艺参数的确定
在工程地质条件复杂的施工场地，而且又没有当地的钉形桩施工经验参数时，应先进行现场试桩，并根据设计要求进行施工工艺试验，通过试验取得满足设计要求的施工工艺参数(1)通过现场试验获得满足单桩设计要求的喷浆量的各种技术参数。(2)根据现场勘查报告情况，掌握钻杆下沉和提升的阻力情况，结合设计要求的桩径（扩大头桩径和下部桩身桩径）和桩长，选择合理的搅拌形式、电机功率与搅拌叶片的宽度和倾角等。(3)检验室内试验所确定的配合比、水灰比是否便于施工，检验室内试验的试样的无侧限抗压强度是否满足设计要求，是否需要添加外加剂等。
6钉形水泥土揽拌桩桩身质量检测
6.1桩身质量检测
(1)钉形水泥土双向搅拌桩成桩7天后对扩大头部分浅部开挖检验成桩质量，对桩体情况进行详细的记录，并且加以分析。桩体检查数量为总桩数的1‰,且不少于3根。(2)钉形水泥土双向搅伴桩成桩28天后应对桩身质量作进一步的检测，检测方法主要是标准贯入试验和对现场芯样的室内无侧限抗压强度实验。对超过28天的应采取相应的经验公式换算。检验桩数应随机抽取总桩数的5‰，且不少于3根。通过芯样的无侧限抗压强度实验对桩长、桩身强度、桩体均匀性等进行综合评价。
6.2承载力检测
(1)应分别采用单桩复合载荷试验和单桩载荷试验对钉形水泥土双向搅拌桩承载力进行检测，有必要时需进行多桩复合载荷试验对其承载力特性进行检测；(2)载荷试验宜在成桩28天后进行，载荷试验的施加的最大荷载必须大于设计要求的承载力特征值的两倍，检验数量为总桩数的1‰~2‰。
7结束语：
钉形水泥土双向搅拌桩的施工机械是改进传统的普通水泥搅拌桩的施工机械，增加了双向的施工工艺以及形成了钉形构造的桩体，与传统的水泥搅拌桩相比，双向搅拌桩一次性成桩，桩土搅拌均匀性更好，有利于桩身质量的提高。钉形构造的桩型的荷载传递规律与传统的水泥土搅拌桩的荷载传递规律不同，钉形水泥土搅拌桩能够充分利用桩径突变处土层的端承力，而且能将桩体荷载扩散到周围土层，有利于桩土共同受力，既提高了单桩承载力又减小了沉降，对加固软土地基产生重大影响。
参考文献：
[1]马忠芳.软土路基质量控制及处理方法[J].科技信息，2007（7）.
[2]任忠义.如何运用水泥深层搅拌桩处理公路软基[J].山西建筑，2007（22）.
关键词：钉形；搅拌桩；原理；工艺
中图分类号： U412.36+6文献标识码：A 文章编号：
1.钉形与双向水泥土搜拌桩的适用条件
钉形与双向水泥土搅拌桩是一种新型地基处理技术，它主要适用于的土质条件有：吹填土、含水量较高的泥炭土、含有机质较高的激泥质土等地基承载能力标准值不大的软土地基。当地下水或土样的pH值小于4时，土样呈酸性，将严重影响水泥水化反应的进行水泥水化的不完善将阻碍水泥与土颗粒发生一系列的物理化学反应，当然也就无法用水泥加固土。要加固这种土可在固化剂中掺加水泥用量5%的石灰，就可使水泥周围的环境变成碱性，将大大利于水泥水化反应的进行。当钉形与双向水泥土搅拌桩用于加固以上土层时，宜通过试验确定其适用性。
2钉形与双向水泥土搅拌桩技术
钉形水泥土双向搅拌桩是指对现有传统的水泥揽拌桩成桩机械设备进行改进，由成桩机械的动力系统带动安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅捽水泥土，通过搅拌叶片的伸缩改变披身直径，可根据搅拌叶片伸缩的不同直径，形成不同直径的扩大头。
3.单柱承载力计算公式：
由图1可知，钉形水泥土双向搅拌桩单桩承载力由4部分组成：扩大头侧壁所受侧摩阻力、“翼缘”下部土体对扩大头的支撑力、桩周土体对下部桩体侧壁所提供的摩阻力以及桩端土体对下部桩体的支撑力。单桩极限承载力应结合单柱破坏模式进行分析。
钉形水泥土双向搅拌桩结构组成如图1所示。
单桩极限承载力应由下式确定：
综上所述，钉形水泥土双向搅拌桩单桩承载力按下式计算：
式中：
R:——单桩承载力特征值（KN);α1, α2——变截面、桩端处地基土承载力折减系数；
单桩复合地基承载力计算公式：
式中：
Ra———单桩竖向承载力特征值（kN）
fspk——复合地基承载力特征值（KPa);
fsk——处理后桩间土承载力特征值（KPa);
β——桩间土承载力折减系数；
mi——扩大头面积置换率，mi=D2/d2
Ap1———扩大头部分桩体横截面积（m2）；
4钉形水泥土双向揽拌桩施工工艺
钉形桩扩大头四次搅拌，三次喷浆，下部桩身采用两次搅拌一次喷浆，在每次搅拌过程中，钻头搅拌叶片采用正反方向旋转，具体施工流程如图1所示。
图1钉形水泥土搅拌桩的施工工艺流程图
(1)桩机定位→切土旋转下沉→改变旋转方向缩径切土下沉→边提升钻头边搅拌→伸展旋转叶片提升搅拌→钻头提升到地面后，再边搅拌边下沉→两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土直至地表→桩顶1~1.5m范围进行人工處理；
（2）在场地平整及试桩后 ， 可以正式开始钉形水泥土双向搅拌桩施工， 其施工工艺如下：a）搅拌机就位： 起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中；b）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；c）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， 直至设计深度； 桩端应就地持续喷浆搅拌10s以上；d）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， 至扩大头底面以下0.5m～1m， 开启送浆泵， 向土体喷浆， 直至扩大头底面标高；e）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， 关闭送浆泵， 将钻头提升出地表， 并观察叶片展开程度。
5钉形水泥土双向搅拌桩施工参数分析
5.1钉形水泥土双向搅拌桩机械参数的确定
钉形双向水泥土搅拌桩的最大施工深度和扩大头最大直径主要取决于施工机械参数和地基土体的力学性质，而施工机械参数主要包括施工机械的动力系统的输出功率、内外钻杆的转速、搅伴叶片的宽度和倾角，施工前应根据设计桩深和桩径确定这些参数。在确定施工机械参数中，在保证工程质量的前提下，尽量充分利用内、外钻杆动力系统的最大输出功率。
5.2钉形与水泥土双向搅拌桩施工工艺参数的确定
在工程地质条件复杂的施工场地，而且又没有当地的钉形桩施工经验参数时，应先进行现场试桩，并根据设计要求进行施工工艺试验，通过试验取得满足设计要求的施工工艺参数(1)通过现场试验获得满足单桩设计要求的喷浆量的各种技术参数。(2)根据现场勘查报告情况，掌握钻杆下沉和提升的阻力情况，结合设计要求的桩径（扩大头桩径和下部桩身桩径）和桩长，选择合理的搅拌形式、电机功率与搅拌叶片的宽度和倾角等。(3)检验室内试验所确定的配合比、水灰比是否便于施工，检验室内试验的试样的无侧限抗压强度是否满足设计要求，是否需要添加外加剂等。
6钉形水泥土揽拌桩桩身质量检测
6.1桩身质量检测
(1)钉形水泥土双向搅拌桩成桩7天后对扩大头部分浅部开挖检验成桩质量，对桩体情况进行详细的记录，并且加以分析。桩体检查数量为总桩数的1‰,且不少于3根。(2)钉形水泥土双向搅伴桩成桩28天后应对桩身质量作进一步的检测，检测方法主要是标准贯入试验和对现场芯样的室内无侧限抗压强度实验。对超过28天的应采取相应的经验公式换算。检验桩数应随机抽取总桩数的5‰，且不少于3根。通过芯样的无侧限抗压强度实验对桩长、桩身强度、桩体均匀性等进行综合评价。
6.2承载力检测
(1)应分别采用单桩复合载荷试验和单桩载荷试验对钉形水泥土双向搅拌桩承载力进行检测，有必要时需进行多桩复合载荷试验对其承载力特性进行检测；(2)载荷试验宜在成桩28天后进行，载荷试验的施加的最大荷载必须大于设计要求的承载力特征值的两倍，检验数量为总桩数的1‰~2‰。
7结束语：
钉形水泥土双向搅拌桩的施工机械是改进传统的普通水泥搅拌桩的施工机械，增加了双向的施工工艺以及形成了钉形构造的桩体，与传统的水泥搅拌桩相比，双向搅拌桩一次性成桩，桩土搅拌均匀性更好，有利于桩身质量的提高。钉形构造的桩型的荷载传递规律与传统的水泥土搅拌桩的荷载传递规律不同，钉形水泥土搅拌桩能够充分利用桩径突变处土层的端承力，而且能将桩体荷载扩散到周围土层，有利于桩土共同受力，既提高了单桩承载力又减小了沉降，对加固软土地基产生重大影响。
参考文献：
[1]马忠芳.软土路基质量控制及处理方法[J].科技信息，2007（7）.
[2]任忠义.如何运用水泥深层搅拌桩处理公路软基[J].山西建筑，2007（22）.