湖北永荣工程管理有限公司 湖北潜江 433199
摘要：双向水泥搅拌桩加固软土地基，有效地保证了地基稳固。通过江汉平原工程实例，叙述了加固软基的双向水泥搅拌桩的作用原理、施工方法及施工工艺及检测。
关键词：软土地基双向水泥搅拌桩加固；施工
1 工程概况
潜江至石首高速公路是湖北省 “十二五” 规划的 “七纵五横三环”高速公路网的重要组成部分。项目位于湖北省中部，途经潜江市与荆州市江陵县两个县市。项目路线主要跨越平原地貌单元，不良地质主要表现为软土地基。软土段长度共计42.233公里，软土埋深0-21.0米，处理深度1.3-21.0米。软土广泛分布于河湖堆积平原区，成因主要为冲湖积，分布状况以软塑-流塑状淤泥质土、淤泥质土为主，夹粉土、黏性土及砂，具有含水量高、高空隙性、低渗透性、高压缩性、低抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等不良特点。此外，路线软土平均厚度5.76m，含夹层厚度6.29m，平均埋深1.01m，平均处理深度7.28m，局部厚达20m以上，具有埋深较浅、厚薄不一、局部断续、大部断续成片分布等特征。
水泥搅拌桩主要对软土深度18m以下的桥头路基段落（台后30m，台前锥坡及溜坡范围）和圆管涵、盖板涵、暗通基础进行处理，搅拌桩桩径50cm，采取三角形布置，间距1.2-1.7m，水泥用量不少于55kg/m，施工采用双向搅拌工艺。
2 成桩原理
双向水泥搅拌桩是指在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统带动分别安装在内、外嵌套同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土而形成的水泥土搅拌桩。水泥和软土将产生一系列物理和化学反应，使软土固结改性，从而改善软土地基物理力学性质，提高复合地基承载力。
双向水泥搅拌桩的成桩机械是对现行水泥搅拌桩成桩机械的动力传动系统、钻杆以及钻头进行改进，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（灰）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（灰）上冒，把水泥浆（灰）控制在两组叶片之间，保证水泥浆（灰）在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量。
双向水泥搅拌桩克服了常规水泥土搅拌桩施工中搅拌不均匀、浆液上冒的缺陷，桩身强度有较大提高。
3 双向水泥搅拌桩在江汉平原的应用
3.1双向水泥搅拌桩的选用
江汉平原水网湖区众多，软土以软塑-流塑状淤泥质土、淤泥质土为主，底部为粉质砂层，地下水位高，土体含水量大，在70%左右，不宜采用双向水泥搅拌桩湿法（浆喷）施工，采用双向水泥搅拌桩干法（粉喷）施工。
3.1.1由于地下含水量高，软土自身的胶结较好，土体含水量高，采用浆喷施工时，水泥浆搅拌不开，浆液不能进入软土中，水泥浆搅拌不均匀，与原状土胶结差，水泥与土发生水解和水化反应差，生成水泥水化物并凝胶体少，不能将土颗粒及小土块凝结在一起形成稳定的结构整体，起不到水泥骨架的作用，同时，形成的水泥土不能快速凝固形成强度，即使要形成一定的强度，也需要很长的龄期；采用粉喷施工时，由于喷到加固土体里是水泥粉，可以快速吸收大量的水分，使得其形成的水泥土在短期内形成强度，同时对桩间土的强度也有所提高。
3.1.2软土中上部淤泥质土有机质含量高，采用浆喷施工时，水泥浆水化反应不能最终完成，水泥土不能凝固，往往检测的芯样水泥含量很高、搅拌也很均匀，强度却很低，但是芯样暴露在空气中放置一段时间，其强度却明显提高；采用粉喷施工时，其喷出的水泥粉是通过高压空气送出的，改变了水泥土的养护环境，克服了有机质含量高的弊端。
3.1.3软土底部为粉质砂层，地下含水量大，具有可液化性，采用浆喷施工时，喷浆压力一般在0.5-1Mpa，桩长越深压力越大，浆喷施工采用的是水泥浆，遇到液化层时，由于搅拌叶片的扰动和喷水泥浆的压力作用下，水泥浆会通过液化的砂层流失，导致搅拌桩的水泥用量达不到设计要求甚至没有水泥；采用粉喷施工时，水泥粉遇到液化砂层，干水泥粉遇水形成团，经过搅拌形成较小颗粒桩的水泥土，不易流失。
3.2施工方法及工艺
双向水泥搅拌粉喷桩核心工艺内容是“一喷双搅”，一喷为在下钻的过程中，一次性将设计灰量喷完；双搅为正、反两个方向的搅拌和在下钻、提升过程中的搅拌。
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3.2.1施工工艺
3.2.2施工准备
3.2.2.1修建设备进出场及材料供应临时便道；
3.2.2.2准确确定软基处理的范围，用水准仪测量桩位处标高，与设计整平层标高比较后进行桩位处施工场地的挖填、夯实和平整；
3.2.2.3对基底进行场地平整，接通施工用水用电，清除各种地下地上障碍物，做好现场排水设施；
3.2.2.4根据设计桩位布置图进行桩位布设。
3.3施工步骤
3.3.1定位：搅拌桩机就位、调平，钻头对准桩位。
3.3.2下钻：先启动内钻杆钻头（反向），后启动外钻杆钻头（正向），然后启动加压装置，加压装置中的链条同时对内外钻杆加压，使内外钻杆沿导向架向下，内钻头先切土、入土，外钻头后入土、搅拌；
3.3.3喷灰、搅拌：开启喷粉装置，在内钻头（反向）入土后喷灰，其二层旋转叶片作用为：下面一层是破土，上面一层为搅拌；外钻头（正向）入土后，其二层旋转叶片作用为搅拌、压灰；直到设计深度，停止喷灰；
3.3.4提升、搅拌：在达到设计深度时，关闭送灰泵，先将外钻杆钻头换向（反向），后对内钻头换向（正向），同时对加压装置换向，链条将钻头提升至设计桩顶标高以上50cm，完成双向搅拌粉喷桩单桩施工。
当桩体较长、土体天然含水量较高、粘性较重时，应采用“二喷二搅”的施工工艺，即：对一根桩分两次喷灰，如桩长为20米的桩，先空钻至10米处开始喷灰、搅拌至桩低20米处，然后提升钻杆至原地面，再从原地面开始下钻喷灰、搅拌桩11米（与第一次喷灰重叠不小于1米）处，最后提升并复搅至桩顶。
4 成桩检测及注意事项
4.1成桩检测
4.1.1浅部开挖桩头质量检查
成桩7d后，采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆面下0.5m)，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。
4.1.2完整性、均匀性、无侧限抗压强度
成桩28d以后，按检测频率于桩径1/4处、桩长范围内垂直取芯，沿桩体深度方向每隔1.5 m 进行一次标准贯入试验。观察其完整性、均匀性并拍摄照片，检验桩体强度的变化，判断成桩效果。每根桩在不同深度处，取3组试验样品作无侧限抗压强度试验。
4.1.3单桩承载力、复合地基承载力检测
在桩身强度满足荷载试验条件时，对水泥搅拌桩进行单桩承载力静载试验和复合地基静载试验，提供单桩承载力和复合地基承载力评价。
4.2检测注意事项
4.2.1选择有信誉、有经验的检测单位，不得分包或转包，加强对检测班组的管控及监管，保证检测数据的真实性、准确性；
4.2.2取芯时，钻机定位要准确、稳固，桩机应该保持水平，用水平尺进行钻机水平和垂直度校正，以保证垂直度，避免钻机取芯过程中偏出桩体；
4.2.3取芯人员应有较好的技术水平和操作水平，选择合适的钻头，合理控制钻压进行钻探，减少对芯样的扰动，避免压碎桩体而取不出完整的芯样并影响标贯值；
4.2.4静载试验试验压板面积与试验点的处理面积应一致，试验压板高程应与基础底面的设计高程相同，以此真实反应单桩或复合地基承载力。
4.3建议
在目前的水平下，建议以单桩静载试验为主，可辅以挖开及钻芯检查，钻芯结果只能作为参考，不能作评定依据，现场水泥土强度检验，最好挖开桩头及桩头以下一定深度，人工取样进行立方体抗压强度试验。
参考文献：
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[2]郭万里.水泥搅拌桩检测中存在的问题及解决思路 [J].科技创新导报2012（25）；
[3]中华人民共和国行业推荐性标准 JTG/T D31-02-2013公路软土地基路堤设计与施工技术细则 [S].北京：人民交通出版社，2013；
论文作者:曾建军
论文发表刊物:《基层建设》2016年17期
论文发表时间:2016/11/15
标签：水泥论文; 钻杆论文; 双向论文; 钻头论文; 水泥浆论文; 叶片论文; 江汉平原论文; 《基层建设》2016年17期论文;