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摘要:本文结合工程实例, 对双向钉形水泥土搅拌桩在港口路改造工程中的应用作了探讨,供参考.
关键词: 双向钉形搅拌桩; 改造工程; 应用
市政道路建设通常是地方政府为快速发展经济，迅速提高地方投资环境而投资建设的，所以一般要求工期紧、要求标准高、沉降小、后期通车保养成本低等特点，软基处理由于其该部分费用占总投资比重大，对工程整体质量响影大所以一直是新建或改造市政道路的设计阶段方案优化和施工阶段质量控制的重点。
1 工程概况
港口路位于佛山南海区三山新城东面，起点位于南海三山(国际)货柜码头，向南延伸，上跨长江路，终止于红灯涌涵洞。路线全长1.677公里，道路红线宽度60米。
2 软基处理方案比选
本工程大部分路段的软土以淤泥质土夹粉砂为主，全场均有揭露，呈流塑状，具有天然含水量高、高压缩性，土的力学强度低等特点，工程性质差，尤其在地震作用及振动荷载作用下，易产生侧向滑移，不均匀沉降及蠕变等工程地质灾害，对路基及构造物的稳定性影响较大。软土层分布深度达18~20m，局部较为深厚，根据本工程的实际情况，拟采用双向钉形水泥土搅拌桩复合地基。
由于常规桩存在搅拌的不均匀性、浆液上冒、受力不合理等现象，为了改善常规搅拌桩的缺点，东大岩土所研制出一种新型的施工工艺——钉形水泥土水泥搅拌桩。该工艺是在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统分别带动安装在同心钻杆上的内、外两组搅拌叶片同时正反向旋转搅拌，通过搅拌叶片的伸缩使桩身上部载面扩大而形成的类形钉子形状的水泥土搅拌桩。其双向搅拌工艺，是采用同心双轴钻杆，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，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥闭锁在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量的施工方法。
双向钉形水泥土搅拌桩相对其它软基处理方案的特点，进行对比如下表。
*单位造价是2007年的标准
从以上分析来看，采用钉形水泥双向搅拌桩是非常好的选择。但这钉形水泥搅拌桩虽然在国内已完成长度100多万m，各种检测结果良好。但仅是在长江以北及长江三角洲一带开始采用，但在南方的珠三角就从来没采用过。在初步设计专家评审会上，有专家就提出这方案在南方的淤泥质土应用的效果是否达到要求进行质疑。于是各方同意决定为了检验钉形水泥土双向搅拌桩在广东佛山地区的适用性，指导下阶段港口的设计、施工，特作钉形水泥土双向搅拌桩的试验段。
3 试验段的位置、目的、内容、检测内容及结论
3.1试验段的位置
试验位置选择在港口路K1+464~K1+564范围内东侧辅道范围内，试验段总长100m，试验处理宽度为10.5m。
3.2 试验内容
本次试验段，按4种不同的水泥含量：50kg/m、55kg/m、60kg/m、75kg/m；不同水灰比1：1、1：0.55等8种桩形。本次试验段根据地质状况分为3个区域。
3.3 檢测内容
成桩后2天内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性，检验数量为总桩数的1%，且不少于3根。成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径，检查数量为总桩数的5%。载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28天后进行。检验数量为总桩数的0.5～1%，且每段不少于3处。经触探和荷载试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28天后，用双管单动取样器钻取芯样做抗压强度检验，检验数量为总桩数的0.5%，且不少于3根。
3.4 检测结论
抽芯：其中水泥含60Kg/m水灰比1：0.55的桩共4根，桩身水泥土基本连续，水泥土搅拌混合基本均匀，水泥土胶结基本良好，其中有一根桩桩身水泥土胶结稍差。抽检水泥土强度代表值：最小值0.27MPa，最大值1.78MPa；施工记录桩长比抽芯检测关际桩长约1M；桩端均支承于中砂层中。
单桩竖向静荷载试验:其中六个试验点（基本全是水泥含量为50Kg/m的桩）最大荷载未能加到240KN时，沉降已急剧加大，出现陡降，搅拌桩被剪切破坏，按规范要求终止试验，其桩承载力特征值fak<120KN，不能满足设计要求。其余30根搅拌桩单桩竖向承载力检测值均为240KN，符合设计要求。
复合地基平板载荷试验：三个平板荷载试验点的搅拌桩复合地基承载力特征值fak均≥120KPa，满足设计要求。
根据试验报告结果，该双向钉形搅拌桩各个检测指标都合格，于是本工程决定采用该方案并进行施工图阶段设计。
4 施工图阶段设计方案：
4.1 钉形水泥土双向搅拌桩处理位置布置
一般路段钉形桩桩距2.0m，台后60m 范围以内钉形水泥搅拌桩桩距1.80m。钉形桩上部扩大头桩径100cm，下部桩体桩径60cm。扩大头高度为4.0m，下部桩体长度为（H-4.0）m。
4.2 材料要求
钉形水泥土双向搅拌桩一般采用32.5R（425#）普通硅酸盐水泥，下部状体掺水泥量≥60kg/m，上部扩大头≥240 kg/m。水灰比=1：0.55。桩体28 天无侧限抗压强度≥1.0MPa，复合地基承载力标准值≥120kPa。
4.3 桩长要求
钉形桩长度根据设计要求及结合现场地质情况实际确定，桩底要求打穿淤泥进入砂层（持力层）50cm。
4.4 检测要求
为了检验钉形桩的桩体强度以及钉形桩处理后的复合地基承载力是否达到设计要求，按相关的检测规范要求，必须对钉形桩28 天的桩体进行抽芯检测。钉形桩与常规的水泥搅拌桩检测要求基本一致，每区域检测数量为0.2%~0.5%，且不少于5 根。
5 钉形水泥土双向搅拌桩施工建议工艺
5.1 双向搅拌桩施工工艺
双向水泥土搅拌桩采用二搅一喷施工工艺，具体施工顺序如下图所示：
a) 桩机就位：放线、定位，安装打桩机，移至指定桩位并对中；
b) 喷浆下沉：启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启灰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，直至设计深度，在桩底持续喷浆搅拌不少于10 秒；
c) 提升搅拌：关闭灰浆泵,提升搅拌机，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表或桩顶以上50cm；
d) 桩顶处理: 桩顶1.0～1.5m 的范围内进行二次喷浆搅拌,并人工修整，做好养护。
5.2 施工技术要点
（1） 严格控制设计要求配制浆液。
（2） 土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，不得超过0.5m/min,使原状土充分破碎以有利于同水泥浆液均匀拌和。
（3） 浆液不能发生离析，水泥浆液应严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30 秒再倒入存浆桶。
（4） 水泥土搅拌桩施工时，钻头提升速度不得大于0.8m/min，其垂直度偏差不得超过1.5%。
（5） 压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层。发现管道堵塞，立即停泵进行处理。待处理结束后立即把搅拌钻具下沉1.0m 后方能注浆，恢复正常搅拌，以防断桩。
5.3 施工中建议的技术参数
6 施工管理过程的一点体会
（1）与传统普通水泥搅拌桩相比，双向钉形水泥搅拌桩具有较大的单位体积材料比处理面积，因而可以在工程量增加不多的前提下能大大提高软基的处理面积，从而提高了性价比。
从以特征分析显尔而见，在软基需处理较深，而工期较紧的软基处理工程时，双向钉形水泥搅拌桩具有相对较低造价，处理效果好等特点。
（2）双向钉形搅拌普遍适用于黏性土、粉土、淤泥土、松散砂土及完成自重固结的素填土等软土地基处理，比普通搅拌桩的局限性，双向钉形搅拌桩的适用范围相对较广。
（3）双向钉形水泥搅拌桩由于双向、四叶片双向搅拌所以桩身搅拌均匀，成桩质量好，桩体可与周围土体形成复合地基，相比普通搅拌桩变形小，地基稳定性得以提高。
（4）由于采用二搅一喷的成桩工艺，施工速度较普通搅拌桩快快，桩机采用宽大的滚筒支承，桩机稳定性有效地提高。
（5）通过合理布置桩长、桩距和桩径能够有效地控制处理路段的工后沉降，保证沉降的均匀性。
（6）该种桩机有独立的搅拌桩各种实时的数据输出，便于质量控制、监督，随时抽检。因此能防止施工方在施工过程中偷工减料。
（7）由于双向钉形搅拌桩是新型的专利技术，因此在施工机械，操作人员及施工管理方面都会受各方面制肘，这也造成该工艺较普通搅拌桩造价高的重要原因之一。
7 结语
双向钉形搅拌桩充分吸收了普通搅拌桩的优点，桩身强度增加，有效加固深度大，施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制、监督，复合地基处理后承载力高造价又相对较低，而且施工进度相对较快。双向钉形搅拌桩工艺在港口路改造工程在试验段验证成功后，正式在港口路改造工程正采用进行软基处理，质量一直处于受控之中，经检测，其桩身完整，抽芯、静载荷载试验也达到设计要求；经过对现场实测数据的计算，与计算沉降量基本吻合，沉降满足优化本工程软基处理的深度、施工进度和投资控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 双向钉形搅拌桩; 改造工程; 应用
市政道路建设通常是地方政府为快速发展经济，迅速提高地方投资环境而投资建设的，所以一般要求工期紧、要求标准高、沉降小、后期通车保养成本低等特点，软基处理由于其该部分费用占总投资比重大，对工程整体质量响影大所以一直是新建或改造市政道路的设计阶段方案优化和施工阶段质量控制的重点。
1 工程概况
港口路位于佛山南海区三山新城东面，起点位于南海三山(国际)货柜码头，向南延伸，上跨长江路，终止于红灯涌涵洞。路线全长1.677公里，道路红线宽度60米。
2 软基处理方案比选
本工程大部分路段的软土以淤泥质土夹粉砂为主，全场均有揭露，呈流塑状，具有天然含水量高、高压缩性，土的力学强度低等特点，工程性质差，尤其在地震作用及振动荷载作用下，易产生侧向滑移，不均匀沉降及蠕变等工程地质灾害，对路基及构造物的稳定性影响较大。软土层分布深度达18~20m，局部较为深厚，根据本工程的实际情况，拟采用双向钉形水泥土搅拌桩复合地基。
由于常规桩存在搅拌的不均匀性、浆液上冒、受力不合理等现象，为了改善常规搅拌桩的缺点，东大岩土所研制出一种新型的施工工艺——钉形水泥土水泥搅拌桩。该工艺是在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统分别带动安装在同心钻杆上的内、外两组搅拌叶片同时正反向旋转搅拌，通过搅拌叶片的伸缩使桩身上部载面扩大而形成的类形钉子形状的水泥土搅拌桩。其双向搅拌工艺，是采用同心双轴钻杆，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，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥闭锁在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量的施工方法。
双向钉形水泥土搅拌桩相对其它软基处理方案的特点，进行对比如下表。
*单位造价是2007年的标准
从以上分析来看，采用钉形水泥双向搅拌桩是非常好的选择。但这钉形水泥搅拌桩虽然在国内已完成长度100多万m，各种检测结果良好。但仅是在长江以北及长江三角洲一带开始采用，但在南方的珠三角就从来没采用过。在初步设计专家评审会上，有专家就提出这方案在南方的淤泥质土应用的效果是否达到要求进行质疑。于是各方同意决定为了检验钉形水泥土双向搅拌桩在广东佛山地区的适用性，指导下阶段港口的设计、施工，特作钉形水泥土双向搅拌桩的试验段。
3 试验段的位置、目的、内容、检测内容及结论
3.1试验段的位置
试验位置选择在港口路K1+464~K1+564范围内东侧辅道范围内，试验段总长100m，试验处理宽度为10.5m。
3.2 试验内容
本次试验段，按4种不同的水泥含量：50kg/m、55kg/m、60kg/m、75kg/m；不同水灰比1：1、1：0.55等8种桩形。本次试验段根据地质状况分为3个区域。
3.3 檢测内容
成桩后2天内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性，检验数量为总桩数的1%，且不少于3根。成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径，检查数量为总桩数的5%。载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28天后进行。检验数量为总桩数的0.5～1%，且每段不少于3处。经触探和荷载试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28天后，用双管单动取样器钻取芯样做抗压强度检验，检验数量为总桩数的0.5%，且不少于3根。
3.4 检测结论
抽芯：其中水泥含60Kg/m水灰比1：0.55的桩共4根，桩身水泥土基本连续，水泥土搅拌混合基本均匀，水泥土胶结基本良好，其中有一根桩桩身水泥土胶结稍差。抽检水泥土强度代表值：最小值0.27MPa，最大值1.78MPa；施工记录桩长比抽芯检测关际桩长约1M；桩端均支承于中砂层中。
单桩竖向静荷载试验:其中六个试验点（基本全是水泥含量为50Kg/m的桩）最大荷载未能加到240KN时，沉降已急剧加大，出现陡降，搅拌桩被剪切破坏，按规范要求终止试验，其桩承载力特征值fak<120KN，不能满足设计要求。其余30根搅拌桩单桩竖向承载力检测值均为240KN，符合设计要求。
复合地基平板载荷试验：三个平板荷载试验点的搅拌桩复合地基承载力特征值fak均≥120KPa，满足设计要求。
根据试验报告结果，该双向钉形搅拌桩各个检测指标都合格，于是本工程决定采用该方案并进行施工图阶段设计。
4 施工图阶段设计方案：
4.1 钉形水泥土双向搅拌桩处理位置布置
一般路段钉形桩桩距2.0m，台后60m 范围以内钉形水泥搅拌桩桩距1.80m。钉形桩上部扩大头桩径100cm，下部桩体桩径60cm。扩大头高度为4.0m，下部桩体长度为（H-4.0）m。
4.2 材料要求
钉形水泥土双向搅拌桩一般采用32.5R（425#）普通硅酸盐水泥，下部状体掺水泥量≥60kg/m，上部扩大头≥240 kg/m。水灰比=1：0.55。桩体28 天无侧限抗压强度≥1.0MPa，复合地基承载力标准值≥120kPa。
4.3 桩长要求
钉形桩长度根据设计要求及结合现场地质情况实际确定，桩底要求打穿淤泥进入砂层（持力层）50cm。
4.4 检测要求
为了检验钉形桩的桩体强度以及钉形桩处理后的复合地基承载力是否达到设计要求，按相关的检测规范要求，必须对钉形桩28 天的桩体进行抽芯检测。钉形桩与常规的水泥搅拌桩检测要求基本一致，每区域检测数量为0.2%~0.5%，且不少于5 根。
5 钉形水泥土双向搅拌桩施工建议工艺
5.1 双向搅拌桩施工工艺
双向水泥土搅拌桩采用二搅一喷施工工艺，具体施工顺序如下图所示：
a) 桩机就位：放线、定位，安装打桩机，移至指定桩位并对中；
b) 喷浆下沉：启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启灰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，直至设计深度，在桩底持续喷浆搅拌不少于10 秒；
c) 提升搅拌：关闭灰浆泵,提升搅拌机，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表或桩顶以上50cm；
d) 桩顶处理: 桩顶1.0～1.5m 的范围内进行二次喷浆搅拌,并人工修整，做好养护。
5.2 施工技术要点
（1） 严格控制设计要求配制浆液。
（2） 土体应充分搅拌，严格控制下沉速度，不得超过0.5m/min,使原状土充分破碎以有利于同水泥浆液均匀拌和。
（3） 浆液不能发生离析，水泥浆液应严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30 秒再倒入存浆桶。
（4） 水泥土搅拌桩施工时，钻头提升速度不得大于0.8m/min，其垂直度偏差不得超过1.5%。
（5） 压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层。发现管道堵塞，立即停泵进行处理。待处理结束后立即把搅拌钻具下沉1.0m 后方能注浆，恢复正常搅拌，以防断桩。
5.3 施工中建议的技术参数
6 施工管理过程的一点体会
（1）与传统普通水泥搅拌桩相比，双向钉形水泥搅拌桩具有较大的单位体积材料比处理面积，因而可以在工程量增加不多的前提下能大大提高软基的处理面积，从而提高了性价比。
从以特征分析显尔而见，在软基需处理较深，而工期较紧的软基处理工程时，双向钉形水泥搅拌桩具有相对较低造价，处理效果好等特点。
（2）双向钉形搅拌普遍适用于黏性土、粉土、淤泥土、松散砂土及完成自重固结的素填土等软土地基处理，比普通搅拌桩的局限性，双向钉形搅拌桩的适用范围相对较广。
（3）双向钉形水泥搅拌桩由于双向、四叶片双向搅拌所以桩身搅拌均匀，成桩质量好，桩体可与周围土体形成复合地基，相比普通搅拌桩变形小，地基稳定性得以提高。
（4）由于采用二搅一喷的成桩工艺，施工速度较普通搅拌桩快快，桩机采用宽大的滚筒支承，桩机稳定性有效地提高。
（5）通过合理布置桩长、桩距和桩径能够有效地控制处理路段的工后沉降，保证沉降的均匀性。
（6）该种桩机有独立的搅拌桩各种实时的数据输出，便于质量控制、监督，随时抽检。因此能防止施工方在施工过程中偷工减料。
（7）由于双向钉形搅拌桩是新型的专利技术，因此在施工机械，操作人员及施工管理方面都会受各方面制肘，这也造成该工艺较普通搅拌桩造价高的重要原因之一。
7 结语
双向钉形搅拌桩充分吸收了普通搅拌桩的优点，桩身强度增加，有效加固深度大，施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制、监督，复合地基处理后承载力高造价又相对较低，而且施工进度相对较快。双向钉形搅拌桩工艺在港口路改造工程在试验段验证成功后，正式在港口路改造工程正采用进行软基处理，质量一直处于受控之中，经检测，其桩身完整，抽芯、静载荷载试验也达到设计要求；经过对现场实测数据的计算，与计算沉降量基本吻合，沉降满足优化本工程软基处理的深度、施工进度和投资控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。