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摘要：钉形搅拌桩是近年发展出的新型搅拌桩技术，解决了一些常规搅拌桩的不足之处。本文以应用钉形搅拌桩的常溧高速公路为例，通过对比研究钉形搅拌桩以及常规搅拌桩的质量检测结果以及沉降观测结果，论证了钉形搅拌桩加固软土地基的优越性。结果表明，钉形水泥土搅拌桩的应用可以大幅提升工程质量。
关键字：钉形搅拌桩；常规搅拌桩；质量检测；沉降观测；高速公路
概述
水泥土搅拌桩特别是湿喷桩已成为我国目前应用最广泛的软土地基处理技术之一，具有施工方便、处理效果较好、适用性广、造价适中等优点[1]。但在实际工程应用中也出现了不少问题，归纳起来主要有6点[2]：①地面处普遍冒浆、水泥掺入量达不到设计的要求；②桩身强度沿竖向分布不均匀，上部桩身强度一般较高，下部桩身强度一般较低；③桩身强度沿水平面分布不均匀，水泥土中有大量成块的土体和成块的水泥凝固体，呈现搅拌不均匀的样子；④处理深度较浅，一般小于20 m；⑤桩土共同作用难以协调，需在桩顶部设置垫层或土工织物加筋层；⑥一般桩间距较小，复合地基造价相对较高。
东南大学的刘松玉教授等针对我国水泥搅拌桩现状，通过不断地探索与创新，提出了钉形搅拌桩技术[3]。在经过一系列的推广应用之后，该技术逐步成熟，日前被应用于常溧高速公路的建设之中。本文依托常溧高速公路钉形桩施工段，介绍钉形桩在常溧高速公路上的应用以及效果评价.
1 钉形搅拌桩简介
钉形搅拌桩是在双向搅拌桩基础上发展起来的桩身上部截面扩大的水泥土搅拌桩。该方法从根本上改善了水泥土搅拌的均匀性、提高了成桩质量，已在江苏、浙江、广东、天津等地区得到了成功应用。工程实践表明该工艺有明显的优点[4]：①反向旋转起到了压浆作用，消除了冒浆现象，保证了水泥土搅拌桩的水泥掺入量；②正反双向搅拌提高了水泥土的搅拌均匀性；③双向搅拌时内、外钻杆产生的剪切力基本抵消，减小了施工对桩周土的扰动；④正反同时旋转，搅拌效率提高，工效提高近一倍；⑤有效处理深度可以明显提高，已有工程实际施工深度已达 25 m；⑥该工艺利用国内常规设备改进，易于推广。钉形搅拌桩是针对搅拌桩复合地基存在的问题，在深入研究水泥土搅拌桩复合地基荷载传递规律和土拱效应的基础上，采用双向搅拌工艺，通过搅拌叶片的伸缩改变搅拌桩直径，形成上部一定深度内截面扩大，类似钉子形状的深层搅拌桩[3][5]（图 1）。
图 1 钉形搅拌桩示意图
Fig.1 T-shaped cement-soil deep mixed columns
2 工程概况
常州至溧阳高速公路路线起自沿江高速公路嘉泽互通西侧2.55Km处，向西南延伸，经儒林镇镇区及其工业开发区西北侧后，儒林煤矿采空区西侧绕越后在上黄镇西北侧通过，在 头镇西北侧跨越中河后，与省道241交叉，跨越丹金溧漕河后自溧阳工业园区北侧通过，终点在新昌枢纽以北约1.53Km处接扬溧高速公路。路线全长约38.422km（桩号K18+795～K57+227），其中金坛段16.573km，溧阳段21.859km。项目地理位置如图1-1所示。
图2 项目地理位置图
Fig.2 Project geographic locations
全线按双向四车道高速公路标准建设，设计速度为120公里/小时，路基宽度28米，桥涵设计汽车荷载等级采用公路-I级。全线设置尧塘枢纽互通、儒林互通、长荡湖互通、上黄互通、埭头互通、溧阳北互通和前马东枢纽互通等7处互通。针对本地区软土地基分布广泛，硬壳层较薄，软土较厚（0-19m）且层厚分布变化较大的特点，软土地基处理为本工程建设的重点之一。具体不良地质物理力学指标如下表1。本次工程建设中钉形桩应用主要位于CL-8标段，K55+836.0～K56+056.0，AK0+440.0～AK0+580.0等段落。
3 试验成果分析
3.1质量检测结果分析
根据江苏省地方标准《公路工程水泥搅拌桩成桩质量检测规程》，在龄期 28 d 后对桩体进行了取芯并每间隔 1.5 m进行一次标准贯入试验（SPT）试验，在室内进行了芯样无侧限抗压强度试验以确定搅拌桩搅拌均匀性和桩身强度。通过成桩质量检测报告结果分析，将钉形搅拌桩与常规搅拌桩进行对比。标准贯入试验平均标贯击数对比见图3 所示，芯样无侧限抗压强度平均值对比见图 4。显然，采用钉形搅拌桩桩身强度高于常规搅拌桩，且竖向强度均匀，特别是下部桩身强度较常规搅拌桩有显著提高。
图3标准贯入击数沿深度的分布图
Fig.3Comparison of SPT blow numbers for soil-cement
columns
图 4 无侧限抗压强度沿深度的分布图
Fig.4 Comparison of unconfined compression strengths for
soil-cement columns
3.2沉降观测结果分析
图5为地基沉降量随填土高度的变化曲线。这里选取相邻两个段落的沉降数据进行对比。通过对比可以发现采用钉形搅拌桩处理的段落比采用普通搅拌桩处理的段落沉降速率要低，同时总沉降量也相对较小。在250天左右的观测期内采用钉形搅拌桩处理的段落比采用普通搅拌桩处理的段落总沉降要小10mm左右，可以证明采用钉形搅拌桩的工后沉降量比普通搅拌桩处理效果好。
图 5 试验段地表沉降–填土高度–历时曲线
Fig.5 Relationship between ground settlement and embankment filling height with time
3.3 小结
从质量检测结果以及沉降观测结果的分析来看，采用钉形搅拌桩可以有效的提高工程质量。同时，由于钉形桩桩间距一般在2m左右，相较于普通搅拌桩1.2m的桩间距，可以有效地减少施工成本，降低工程造价。
4 结论
（1）钉形搅拌桩采用双向搅拌工艺，施工连续、一次成桩，成桩整体性好，施工工效高，可操作性强。
（2）钉形搅拌桩在水平向和竖直向的搅拌均匀性较常规搅拌桩有根本性改善，特别是能有效保证下部桩体的搅拌均匀性和成桩质量。
（3）钉形搅拌桩桩身强度有显著提高，特别是深部桩身强度与上部相差较小，因而单桩承载力有大幅度提高，与同桩径的常规搅拌桩相比，单桩承载力成倍提高。
（4）钉形搅拌桩复合地基由于扩大头的钉形锚固作用，保证了桩体和地基土的协调变形，复合地基承载力较常搅拌桩复合地基明显提高，有效地减少了地基沉降，提高了地基稳定性。
参考文献
[1]龚晓南.地基处理技术发展与展望[M].北京：水利电力出版社，2004：82–108.
[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[C]//全国高速公路地基处理学术研讨会集.北京：人民交通出版社，2005： 318–329.
[3]刘松玉，席培胜，朱志铎，等.钉形水泥土搅拌桩处理软土地基的试验研究[C]//第九届全国地基处理学术讨论会论文集.浙江：浙江大学出版社，2006：165–170.
[4]刘松玉，席培胜，储海岩.双向水泥土搅拌桩加固软土地基试验研究[J].岩土力学，2007，28（3）：560–564.
[5]刘松玉，朱志铎，席培胜，易耀林.钉形搅拌桩与常规搅拌桩加固软土地基的对比研究[J].岩土工程学报，2009，07：1059-1068.
论文作者:盛东平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/19
标签：地基论文; 水泥论文; 高速公路论文; 强度论文; 常规论文; 溧阳论文; 双向论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;