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【摘 要】结合工程实际，介绍了双向搅拌桩施工工艺，针对施工质量控制问题进行了详细的探讨。介绍了施工实践过程中如何采取措施来控制施工质量，并进行了总结。
【关键词】双向搅拌桩；施工工艺；质量控制；总结
1 前沿
钉形水泥土双向搅拌桩是东南大学交通学院刘松玉教授研制出一种新型水泥土搅拌桩，最大桩径可达1.3m，最大处理深度可达到26m。钉形水泥土双向搅拌桩克服了传统水泥搅拌桩水泥浆沿桩体垂直分布不均匀、桩体搅拌不够均匀、有效桩长和有效处理深度大大减小等弊端，其路堤荷载下的工作性状、复合地基承载力和桩身质量均较常规搅拌桩有较大提高，尤其是可在需要增强承载力的部位进行变截面设计，使加固效果更加显著。钉形水泥土双向搅拌桩是对现有设备进行改造，用同心双轴的钻杆作为装置，把可伸缩的正向、反向旋转的叶片分别安装在内钻杆和外钻杆上，通过搅拌叶片的伸缩，使桩身上部截面扩大而形成的钉子性状的水泥土搅拌桩。本文介绍了北沿江高速公路马鞍山至巢湖段钉形水泥土双向搅拌桩的施工情况，介绍了施工工艺，并对施工质量控制问题进行了总结。
2 工程概况
本工程为北沿江高速公路马鞍山至巢湖段，双向搅拌桩主要用于一般路堤段处理，试验段位置：K4+114.7～K4+275.3段往大桩号方向第51-53排。桩径为100cm，布设间距为2.6m，处理深度为7-8m，扩大头桩径100cm，高度4m，下部桩体桩径50cm，桩长8m。
2.1 地质条件
本次试桩位置在K4+114.7～K4+275.3范围内进行，该段地质揭露厚度12.1～18.5m，软土厚度较大，纵向分布变化不大，软土含水量平均为43.8%，孔隙比平均为1.272，侧壁摩阻力标准值为20～25kPa，承载力基本容许值为70～80kPa，压缩系数平均为0.71MPa，工程性质差，上覆硬壳层厚1.1～3.8米，承载力基本容许值为100～120kPa，侧壁摩阻力标准值30～35kPa，工程性质差，下卧土层工程性质一般，承载力一般。
2.2 施工参数
搅拌桩的布桩形式：双向搅拌桩布置按正三角形布置。根据现场土体取样结合工程地质勘查报告，该段取样土体天然密度1.803g/cm3，试桩所打设的施工参数见表1，并按表中参数进行双向搅拌桩的试桩。
3 施工工艺
3.1 施工程序
（1）搅拌机的位置安放：移机对中；（2）喷浆下沉：打开搅拌机开关，保证搅拌机可以沿导向架切土，并且打开送浆泵的开关，向土体上添加水泥浆，两组叶片正向和反向旋转同时进行，其中外钻杆负责逆时针方向进行旋转，内钻杆负责顺时针方向旋转进行切割、搅拌土体，搅拌机一直保持下沉到扩大头的设计深度；（3）施工下方的桩体：改变内以及外钻杆各自的旋转时针方向，搅拌叶片进行收缩，一直到通到桩体的下底直径；喷浆切土下沉：两组叶片中的正向旋转和反向旋转切割以及搅拌土体功能同时进行，搅拌机一直不断往下沉至设计的深度，保证桩端持续的喷浆搅拌十秒以上；（4）提升搅拌：搅拌机的提升以及关闭他的送浆泵，两组叶片的正向旋转和反向旋转同时进行搅拌水泥土，到达扩大头底面的标准高度；（5）伸展
叶片：把内钻杆和外钻杆的旋转方向进行变换，把搅拌叶片伸展到扩大头径的位置；加大搅拌：提升钻杆，两组叶片同时正向以及反向旋转来对水泥土进行搅拌，直到地表或设计桩顶标高以上50cm；（6）重复第2～5步骤；（7）关闭送浆泵，移至下一桩位。
3.2 质量控制
试桩施工前3天，进行机械设备的调试工作。经调试后机械各部件均正常工作准备进行试桩作业。若存在机械故障，则马上安排维修人员维修。试桩开钻之前，用水清洗整个管道，检查管道中有是否堵塞，等到水排尽后才可以下钻。对输浆管经常检查，不得泄漏或堵塞，管道长度不得大于60m。定期检查钻头，保持钻头直径误差在-1～+3cm之间。
严格按照设计要求配制水泥浆液。通过计量设备准确称取水泥及水用量，充分搅拌后，测水泥浆的比重，测定的比重值作为试桩标准值，根据该标准值控制水泥浆的浓度。
为保证桩体达到规定的水泥掺入量，试桩采用过程和总量双控。为便于每根桩水泥计量，试桩均采用袋装水泥。过程控制根据试桩水泥掺入量、水泥浆比重，结合试桩区段土体的湿密度，计算泥浆泵的段浆量，通过段浆量确定双向搅拌桩的钻进速度，泥浆泵流量可以通过试桩调整活塞往复工作量频率来实现，另外根据标定的掺入量。
总量控制根据水泥掺入量及试桩位置土的湿密度计算桩长设计深度范围内的水泥总用量以及根据水泥浆比重确定水泥用量，当成一根桩时使用水泥的总量应符合实际要求。水泥搅拌容器按施工配合比计算出每盘加水量在水筒内做出标记、水泥加料准确、搅拌均匀，时间不少于2.5min，并经过筛后使用，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。
为了保证每米桩的掺和量，水泥浆量复合设计的要求，每台机械都应该安装电脑的记录仪。并且现场还应该配备水泥浆的比测量定仪，可以随时检查水泥水灰的比例能否达到设计要求。
土体搅拌充分，严格控制下沉速度，工作速度控制0.5-0.8m/min范围内，钉形双向搅拌桩下部桩基搅拌速度适当加大，使原状土必须全部破碎，其目的是让水泥浆液均匀搅拌。
浆液不能离析，严格按照预定的比例制作水泥浆液，为了防止灰浆的离析，必须搅拌半分钟再把浆液倒入存浆桶。
水泥土搅拌桩运行时，钻头的加大的速度采用0.7-1.0m/min，他的垂直度误差不能大于1%。
断浆现象不能发生在压浆阶段，保证输浆管道的不堵塞，整个桩的注浆必须保证均匀，不可以有夹心层。一旦管道堵塞现象发生，马上停止泵的运行。处理完事后，把搅拌钻具的高度下江一米后才可以注浆，然后恢复到正常的运行，以防断桩。
为保证试桩桩长能满足精度要求，钻杆长度必须标定。试桩前用钢尺对钻杆进行标定。
桩垂直度控制：为保证桩体垂直，将钻机平面调平以使钻杆导向对地面保持垂直，确保桩垂直度误差小于1.0%。垂直度的控制方法：在主机上挂吊锤，控制吊锤与钻杆上、下、左、右的距离一致进行控制。若在试桩的过程中，桩垂直度误差大于1%时，则通过调整桩机四周的四个油缸，进行桩垂直度调整，无法调整时，可废桩并在原桩位侧新增一个桩。
桩深度控制：成桩深度除考虑设计及试桩确定深度外，还应视实际地层变化、工作电流高低和下沉速度快慢等具体情况进行施工。必要时应及时报请业主及现场监理人员共同确定。
整个制浆过程中确保边喷浆、边搅拌、边提升连续性作业、并经常观察输浆管脉动情况，以及有关仪表和集料斗中浆量变化，以判断管路是否畅通，喷浆是否正常。最后一次提升搅拌时采用慢速提升，提升速度0.7-0.8m/min，当喷浆口达到桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒。
4 施工质量检测
4.1 试验结果
通过对双向搅拌桩取芯进行无侧限抗压强度检测，现场取芯芯样基本完整，断口吻合，颜色差异较小。芯样主要呈水泥块状圆柱体。针对不同水泥掺量，14%的水泥掺量下抗压强度取得较好的效果，同时离散性也较低，可满足施工质量的要求并兼顾经济性。在0.48的水灰比下桩身取芯达到的平均抗压强度最高，离散性也较低，可满足施工质量的要求并兼顾均匀性，是相对较合理的取值。
表2 单桩复合地基承载力试验
各试验点结果汇总表施工过程更能容易控制，能够提高机械利用率，可以缩短施工时间，可以进行推广。
对应的施工参数如下：水泥浆比重：1.75；工作提升速度0.9m/min；钻进速度0.7m/ min；段浆量16.76L/10cm，喷浆量55L/ min；1m桩径水泥每米用量198.5kg，工作管道压力0.2-0.4MPa。
外观鉴定结果：（1）桩体的整体圆且匀，没有缩颈以及回陷；（2）均匀的搅拌，凝体没有松散现象；（3）群桩的桩顶齐，间距十分均匀。
5 小结
双向搅拌桩作为一种成熟的软基处理技术对桩周土体的扰动大幅度降低，质量、进度、安全均满足设计、施工要求，在本工程得到了广泛的应用。总结如下：
（1）双向搅拌桩设备可通过对常规的设备改装，适应性强便于推广；
（2）上层叶片的逆时针方向搅拌的目的是通过改变浆液上冒途径来阻止冒浆现象的产生。确保桩体中的存在的水泥量，加大水泥浆均匀的分布着；
（3）正方向和反方向的旋转叶片同时开启，控制水泥浆于两组叶片中，目的是保证把水泥土搅匀，确保高质量的成桩，尤其是需要保证水泥土搅拌桩深层桩体的优质质量；
（4）考虑到桩周土体的扰动范围和扰动的程度，双向水泥土搅拌桩施工和常规桩相比，是比较小的。由同时进行正方向和反向叶片旋转、切割以及搅拌，可以把工作效率提高一倍以上。
【关键词】双向搅拌桩；施工工艺；质量控制；总结
1 前沿
钉形水泥土双向搅拌桩是东南大学交通学院刘松玉教授研制出一种新型水泥土搅拌桩，最大桩径可达1.3m，最大处理深度可达到26m。钉形水泥土双向搅拌桩克服了传统水泥搅拌桩水泥浆沿桩体垂直分布不均匀、桩体搅拌不够均匀、有效桩长和有效处理深度大大减小等弊端，其路堤荷载下的工作性状、复合地基承载力和桩身质量均较常规搅拌桩有较大提高，尤其是可在需要增强承载力的部位进行变截面设计，使加固效果更加显著。钉形水泥土双向搅拌桩是对现有设备进行改造，用同心双轴的钻杆作为装置，把可伸缩的正向、反向旋转的叶片分别安装在内钻杆和外钻杆上，通过搅拌叶片的伸缩，使桩身上部截面扩大而形成的钉子性状的水泥土搅拌桩。本文介绍了北沿江高速公路马鞍山至巢湖段钉形水泥土双向搅拌桩的施工情况，介绍了施工工艺，并对施工质量控制问题进行了总结。
2 工程概况
本工程为北沿江高速公路马鞍山至巢湖段，双向搅拌桩主要用于一般路堤段处理，试验段位置：K4+114.7～K4+275.3段往大桩号方向第51-53排。桩径为100cm，布设间距为2.6m，处理深度为7-8m，扩大头桩径100cm，高度4m，下部桩体桩径50cm，桩长8m。
2.1 地质条件
本次试桩位置在K4+114.7～K4+275.3范围内进行，该段地质揭露厚度12.1～18.5m，软土厚度较大，纵向分布变化不大，软土含水量平均为43.8%，孔隙比平均为1.272，侧壁摩阻力标准值为20～25kPa，承载力基本容许值为70～80kPa，压缩系数平均为0.71MPa，工程性质差，上覆硬壳层厚1.1～3.8米，承载力基本容许值为100～120kPa，侧壁摩阻力标准值30～35kPa，工程性质差，下卧土层工程性质一般，承载力一般。
2.2 施工参数
搅拌桩的布桩形式：双向搅拌桩布置按正三角形布置。根据现场土体取样结合工程地质勘查报告，该段取样土体天然密度1.803g/cm3，试桩所打设的施工参数见表1，并按表中参数进行双向搅拌桩的试桩。
3 施工工艺
3.1 施工程序
（1）搅拌机的位置安放：移机对中；（2）喷浆下沉：打开搅拌机开关，保证搅拌机可以沿导向架切土，并且打开送浆泵的开关，向土体上添加水泥浆，两组叶片正向和反向旋转同时进行，其中外钻杆负责逆时针方向进行旋转，内钻杆负责顺时针方向旋转进行切割、搅拌土体，搅拌机一直保持下沉到扩大头的设计深度；（3）施工下方的桩体：改变内以及外钻杆各自的旋转时针方向，搅拌叶片进行收缩，一直到通到桩体的下底直径；喷浆切土下沉：两组叶片中的正向旋转和反向旋转切割以及搅拌土体功能同时进行，搅拌机一直不断往下沉至设计的深度，保证桩端持续的喷浆搅拌十秒以上；（4）提升搅拌：搅拌机的提升以及关闭他的送浆泵，两组叶片的正向旋转和反向旋转同时进行搅拌水泥土，到达扩大头底面的标准高度；（5）伸展
叶片：把内钻杆和外钻杆的旋转方向进行变换，把搅拌叶片伸展到扩大头径的位置；加大搅拌：提升钻杆，两组叶片同时正向以及反向旋转来对水泥土进行搅拌，直到地表或设计桩顶标高以上50cm；（6）重复第2～5步骤；（7）关闭送浆泵，移至下一桩位。
3.2 质量控制
试桩施工前3天，进行机械设备的调试工作。经调试后机械各部件均正常工作准备进行试桩作业。若存在机械故障，则马上安排维修人员维修。试桩开钻之前，用水清洗整个管道，检查管道中有是否堵塞，等到水排尽后才可以下钻。对输浆管经常检查，不得泄漏或堵塞，管道长度不得大于60m。定期检查钻头，保持钻头直径误差在-1～+3cm之间。
严格按照设计要求配制水泥浆液。通过计量设备准确称取水泥及水用量，充分搅拌后，测水泥浆的比重，测定的比重值作为试桩标准值，根据该标准值控制水泥浆的浓度。
为保证桩体达到规定的水泥掺入量，试桩采用过程和总量双控。为便于每根桩水泥计量，试桩均采用袋装水泥。过程控制根据试桩水泥掺入量、水泥浆比重，结合试桩区段土体的湿密度，计算泥浆泵的段浆量，通过段浆量确定双向搅拌桩的钻进速度，泥浆泵流量可以通过试桩调整活塞往复工作量频率来实现，另外根据标定的掺入量。
总量控制根据水泥掺入量及试桩位置土的湿密度计算桩长设计深度范围内的水泥总用量以及根据水泥浆比重确定水泥用量，当成一根桩时使用水泥的总量应符合实际要求。水泥搅拌容器按施工配合比计算出每盘加水量在水筒内做出标记、水泥加料准确、搅拌均匀，时间不少于2.5min，并经过筛后使用，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。
为了保证每米桩的掺和量，水泥浆量复合设计的要求，每台机械都应该安装电脑的记录仪。并且现场还应该配备水泥浆的比测量定仪，可以随时检查水泥水灰的比例能否达到设计要求。
土体搅拌充分，严格控制下沉速度，工作速度控制0.5-0.8m/min范围内，钉形双向搅拌桩下部桩基搅拌速度适当加大，使原状土必须全部破碎，其目的是让水泥浆液均匀搅拌。
浆液不能离析，严格按照预定的比例制作水泥浆液，为了防止灰浆的离析，必须搅拌半分钟再把浆液倒入存浆桶。
水泥土搅拌桩运行时，钻头的加大的速度采用0.7-1.0m/min，他的垂直度误差不能大于1%。
断浆现象不能发生在压浆阶段，保证输浆管道的不堵塞，整个桩的注浆必须保证均匀，不可以有夹心层。一旦管道堵塞现象发生，马上停止泵的运行。处理完事后，把搅拌钻具的高度下江一米后才可以注浆，然后恢复到正常的运行，以防断桩。
为保证试桩桩长能满足精度要求，钻杆长度必须标定。试桩前用钢尺对钻杆进行标定。
桩垂直度控制：为保证桩体垂直，将钻机平面调平以使钻杆导向对地面保持垂直，确保桩垂直度误差小于1.0%。垂直度的控制方法：在主机上挂吊锤，控制吊锤与钻杆上、下、左、右的距离一致进行控制。若在试桩的过程中，桩垂直度误差大于1%时，则通过调整桩机四周的四个油缸，进行桩垂直度调整，无法调整时，可废桩并在原桩位侧新增一个桩。
桩深度控制：成桩深度除考虑设计及试桩确定深度外，还应视实际地层变化、工作电流高低和下沉速度快慢等具体情况进行施工。必要时应及时报请业主及现场监理人员共同确定。
整个制浆过程中确保边喷浆、边搅拌、边提升连续性作业、并经常观察输浆管脉动情况，以及有关仪表和集料斗中浆量变化，以判断管路是否畅通，喷浆是否正常。最后一次提升搅拌时采用慢速提升，提升速度0.7-0.8m/min，当喷浆口达到桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒。
4 施工质量检测
4.1 试验结果
通过对双向搅拌桩取芯进行无侧限抗压强度检测，现场取芯芯样基本完整，断口吻合，颜色差异较小。芯样主要呈水泥块状圆柱体。针对不同水泥掺量，14%的水泥掺量下抗压强度取得较好的效果，同时离散性也较低，可满足施工质量的要求并兼顾经济性。在0.48的水灰比下桩身取芯达到的平均抗压强度最高，离散性也较低，可满足施工质量的要求并兼顾均匀性，是相对较合理的取值。
表2 单桩复合地基承载力试验
各试验点结果汇总表施工过程更能容易控制，能够提高机械利用率，可以缩短施工时间，可以进行推广。
对应的施工参数如下：水泥浆比重：1.75；工作提升速度0.9m/min；钻进速度0.7m/ min；段浆量16.76L/10cm，喷浆量55L/ min；1m桩径水泥每米用量198.5kg，工作管道压力0.2-0.4MPa。
外观鉴定结果：（1）桩体的整体圆且匀，没有缩颈以及回陷；（2）均匀的搅拌，凝体没有松散现象；（3）群桩的桩顶齐，间距十分均匀。
5 小结
双向搅拌桩作为一种成熟的软基处理技术对桩周土体的扰动大幅度降低，质量、进度、安全均满足设计、施工要求，在本工程得到了广泛的应用。总结如下：
（1）双向搅拌桩设备可通过对常规的设备改装，适应性强便于推广；
（2）上层叶片的逆时针方向搅拌的目的是通过改变浆液上冒途径来阻止冒浆现象的产生。确保桩体中的存在的水泥量，加大水泥浆均匀的分布着；
（3）正方向和反方向的旋转叶片同时开启，控制水泥浆于两组叶片中，目的是保证把水泥土搅匀，确保高质量的成桩，尤其是需要保证水泥土搅拌桩深层桩体的优质质量；
（4）考虑到桩周土体的扰动范围和扰动的程度，双向水泥土搅拌桩施工和常规桩相比，是比较小的。由同时进行正方向和反向叶片旋转、切割以及搅拌，可以把工作效率提高一倍以上。