赵家庆

摘要：本文阐述了软土对路基工程的影响，分析了其危害性。介绍了双向水泥搅拌桩的处理方法及工程应用实例，提供工程中具体设计参数和施工准备工作，总结了施工工艺及注意事项，以供同类道路工程软土地基设计与施工积累经验。

关键词：双向；水泥；搅拌桩；软基

引言

水泥搅拌桩是利用水泥或水泥浆作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使其成为具有较好整体性、水稳性，又能满足强度要求的加固土体，从而提高地基强度。大量工程实践表明：常规水泥搅拌桩存在均匀性差、浆液上冒、受力不合理、经济效益低等缺点。应用过程中也发生了不少工程质量事故，造成对水泥土搅拌桩的成桩质量及其对软土地基的处理存在质量隐患。双向水泥搅拌桩提高成桩质量，达到改善软土地基的目的。

一、软土对路基工程的影响

路基是公路的重要组成部分，由于软土地基具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性强、承载能力低等特点，因此地质土层存在软土时往往容易引起路基沉降，对施工期间及工后路基稳定及整体质量都有较大影响，如路基施工加荷速率过快，软土来不及固结和强度增长，使得因加载而产生的剪切强度超过土体抗剪强度，发生局部剪切破坏，在施工中发生路堤纵向开裂及滑塌，最终可能导致软土地基的失稳破坏；如不针对性的处理软土地基，随着时间的推移，将会出现路面沉陷、桥头跳车等病害，直接影响到交工后公路的使用功能。故软土地基处理是公路工程施工中遇到的难点之一，也是勘察设计及施工单位重点解决的一个环节。

二、双向水泥搅拌桩法

传统单向水泥土搅拌桩采用单向叶片搅拌，目前推广采用的双向水泥搅拌桩是通过对常规水泥土搅拌桩的改造，采用了双层叶片，上下叶片同时搅拌。两者对土体加固机理的区别可汇总如下：

首先，传统单向水泥土攪拌桩喷出的水泥浆易沿钻杆上行，会冒出地面，因此往往存在桩体上部水泥含量较高，越往下水泥含量越少，使其有效桩长大大减小（12 ～ 15 m）。钉形与双向水泥搅拌桩采用了双层叶片，下层叶片搅拌的同时，上层叶片快速反向搅拌，可阻断浆液上冒途径，使水泥浆液就地与土体进行充分的搅拌，水泥浆在桩体垂直分布均匀和易于控制，水泥土搅拌桩的处理深度可增加至22 ～25 m。

其次，传统单向水泥土搅拌桩由于搅拌叶片的同向旋转，很难把水泥土充分搅拌均匀，造成水泥与土体成层状构造，影响了桩体的强度；而双向搅拌桩采用正反向不同速旋转叶片同时双向搅拌，把水泥浆控制在两组叶片之间，使水泥土充分搅拌均匀，保证了成桩质量，特别是水泥土搅拌桩深层桩体质量。

第三，双向搅拌桩正反向叶片同时旋转，叶片产生的环向力相互抵消，其钻杆不再象单向搅拌钻杆左右摆动，降低了对桩周土体的扰动，保证了桩体的垂直度，并能使桩土复合效果更好。该工艺已在江苏、上海等地区软土地基加固中有较多成功案例，其工艺吸收了传统水泥搅拌桩的优点，并对不足之处进行了改进，施工过程中无振动、无噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，搅拌均匀、成桩质量可靠，具有较好的综合效益。

三、工程实例

工程概况：南京市浦口区滨江大道工程位于浦口区东侧，紧邻长江，第四标段设计桩号范围为K6+000～K9+078.346。在路堤填土压缩层范围内，工程沿线地基土地质条件较差，场地沿线软土（主要为淤泥质土）广泛分布，为不良工程地质层。表层为鱼塘、沟渠，厚度约0.5～3m；深层为淤泥质粉质粘土～淤泥质粘土、细砂夹粉质粘土，灰色、青灰色，饱和，稍密至中密状，局部夹粉质粘土。经方案比选采用了水泥土双向搅拌桩，搅拌桩按正三角形布置，钉形桩间距1.8～2.0m。桩径60cm，扩大头桩径100cm，桩长13～25m。穿透淤泥质粉质粘土1.0m。水泥土搅拌桩桩身28天无侧限抗压强度不小于1.0MPa。

四、施工准备

1、场地准备

进场后先用挖掘机进行清除表土至桩顶工作面标高，再开始进行搅拌桩施工。

2、双向水泥土搅拌桩施工机具准备

根据工程情况，本工程搅拌机配备6台，搅拌钻头直径Ф700，配备灰浆搅拌机6台（6×500L），集料斗6只（容积0.18m3），灰浆泵6只（3PN），电磁流量计6只。

双向搅拌装置对现行水泥土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搅拌叶片并设置喷浆口：在外钻杆上安装反向旋转搅拌叶片，通过外钻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，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量。

3、材料准备

根据设计及地区地质特点，水泥用量为水泥湿土重的12%～15%，水灰比0.45～0.50。材料采用采用PC32.5级水泥，选择具有早强、缓凝、减水等性能的外加济。为保证工程质量搅拌桩28天水泥土抗压强度不小于1.0Mpa，搅拌桩所用水泥其性能符合相关规范的规定，并按其检验结果使用，使用前报监理工程师批准。

五、处理方案选择

根据地质资料分析，针对这样深度全部超过15 m的深厚软土，目前常见的复合地基处理方式有“预制管桩+塑料排水板”“CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）+塑料排水板”两种处理方法。然而，“CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）+塑料排水板”处理深度一般不宜超过20m，否则容易发生缩颈、断桩；“预制管桩+塑料排水板”则造价较高，大约150元/m，是普通水泥搅拌桩的3倍左右。针对这种情况，设计采用了先进的钉形与双向水泥搅拌桩（以下简称钉形搅拌桩）来处理软基。钉形搅拌桩是通过对现有的常规水泥土搅拌桩成桩机械进行简单改造，配上专用的动力设备及多功能钻头，采用同心双轴钻杆，通过内外钻杆上叶片的同时双向旋转而形成的桩体。在施工过程中，利用土体的主被动压力，使钻杆上叶片打开或收缩，桩径随之变大或变小，形成钉形桩。钉形搅拌桩适合在工期紧张，软土深厚地区推广使用，当深度超过20 m，其造价约为65元/m，同时由于桩距较大，其综合经济效益比常规水泥搅拌桩节约25%左右。本次设计钉形搅拌桩桩距2.0 m，上部扩大桩头桩径为1.0 m，长度为4.0 m，水泥参考用量240 kg/m；下部桩体桩径0.6 m，设计桩体进入持力层1.0 m，水泥参考用量60 kg/m。

六、钉形水泥土双向搅拌桩施工建议工艺

施工流程如图2所示。

1、桩机定位

放样、定位，将打桩机移至指定桩位并对中；

2、切土下沉

启动搅拌机，叶片伸展到扩大头设计直径，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，直到扩大头设计深度；

3、缩径切土下沉

改变内外钻杆的旋转方向，使叶片收缩至下部桩体设计直径，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；

4、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，直至扩大头底面；

5、扩径提升搅拌

改变内外钻杆的旋转方向，使叶片伸展至扩大头直径，开启灰浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至地表，关闭灰浆泵，并检查搅拌叶片是否伸展至扩大头直径；

6、搅拌下沉

开启灰浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至扩大头设计深度；

7、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；

8、桩顶处理

应将搅拌桩顶端30 cm～50cm质量较差段挖除。

施工前必须保证机架垂直，偏差不大于1%，保证机架底盘水平，桩位偏差不大于50mm，桩径和扩大头高度不小于设计值。

结论

与常规水泥土搅拌桩相比，双向水泥土搅拌桩能提高工效、节省造价、施工过程中扰动较小、受力合理，机械在现有的水泥土搅拌桩机械上改造即可使用；双向水泥土搅拌桩在水平方向和豎直方向都能够搅拌均匀，沿深度变化很小，使得成桩质量比常规搅拌桩有很大的提高；双向水泥土搅拌桩工艺施工产生的超静孔隙水压力明显小于常规工艺施工产生的超静孔隙水压力，因此，双向水泥搅拌桩能有效的解决施工过程中的冒浆问题，从而能保证水泥搅拌桩中水泥的含量。

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