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摘 要：在工程建设过程中，软土地基处理常采用复合地基措施，复合地基处理又包括多种措施。本文从工程实例出发，对该工程中软地基处理措施中钉形双向搅拌桩复合地基的设计思路和施工技术进行阐述与探讨，以期有所贡献。
关键词：复合地基；钉形双向搅拌桩；软土地基；施工工艺；处理效果
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
在软土地基处理措施中，钉形双向搅拌桩复合地基具有双向旋喷、变径、深度大、复搅等优点，因而得到了较为普遍的应用。钉形双向搅拌桩以常规搅拌桩为基础，对施工设备进行了有效改进。本文选取钉形双向搅拌桩复合地基技术作为示范，结合工程实例进行分析和探讨，以期有所贡献。
1工程实例概况
宁波环象山港公路（林善岙至黄避岙）工程第二合同段K16+200～K32+850范围内，地层土质主要为淤泥质粘土，顶层埋深0.5～3.1m为硬塑土层，下层5.1～25.9m为软塑层、流塑层，层厚通常在5～24m，土层为流塑，具有较高的含水量和较大孔隙比，压缩性比较高，强度较低，因而土层性质极差，再往下为基岩或硬塑层，土层物理力学指标与承载力标准值见下表1。
表1 地基土土层物理力学指标以及承载力标准值
2钉形双向搅拌桩复合地基技术设计
作为一种新型的水泥土搅拌桩，钉形双向搅拌桩的施工机械为对水泥土成桩机械的钻杆、动力传动系统、钻头部分进行改进而形成的，具体内容为：钻杆采用同心双轴型，将正向的旋转叶片安装在内钻杆上，反向旋转叶片则相应设置于外钻杆上；对搅拌叶片加以改进，使其成为可伸缩叶片，从而在土层下不同深度处伸缩，进而形成两种半径，桩体上部截面由此扩大，从而使水泥土搅拌桩形成钉状结构，机械改进示意和水泥土双向搅拌效果示意如下图所示：
图1 钉形搅拌桩钻头改进效果示意
图2 水泥土双向搅拌效果示意
钉形双向搅拌桩具有很多优点，将在以下做出详细阐述：
2.1就地搅拌：利用上层叶片反方向旋转的同时进行，水泥浆冒出路径被隔断，并可就地强制搅拌水泥浆，彻底解决了冒浆现象。
2.2搅拌度较为均匀：在内外旋杆上设置的正反向叶片同时旋转，能够充分搅拌土体和水泥浆，水泥搅拌体基本无层状出现。
2.3低扰动度：通过同时向正反方向旋转的同心双轴旋杆作用，叶片与土体间水平旋转力得到很好地抵消，从而使桩部周围土层受钻杆摇动所产生的扰动影响大幅降低。
2.4合理的受力状态：在地基中，应力的传递规律和钉形桩变截面结构是一致的，这为加固体的合理受力提供了良好基础，从而使复合效果也达到更佳水平。
2.5沉降度的减少：钉形桩具有合理的桩体结构，且具有均匀的桩身质量，强度也比较高，从而能够有效将桩身上部荷载传递到地基土深层，复合地基的沉降度由此得以减少。
2.6良好的经济效益：钉形桩通过双向搅拌技术的应用，大幅度提高了桩本体强度，桩间距也由此扩大，软土地基处理在单位体积内的工程量较小，削减了工程造价成本。
2.7操作简捷，便于推广：钉形双向搅拌桩技术选用常规的固化剂，并改进了现行水泥土搅拌机械，在短期的指导与培训后，施工人员即刻展开施工。
3 钉形双向搅拌桩复合地基施工
参照设计要求，钉形双向搅拌桩技术施工中应利用试桩方法（通常为5根）来对各项参数予以确定：①钻入速度，v＜1.5m/min；②钻杆提升平均速度，0.8m~1.2m/min；③管道在钻进喷灰和复搅作业时的压力为0.2MPa＜P＜0.4MPa；④搅拌速度取R=30~50r/min。其施工工艺流程如下：
3.1对钉形双向搅拌桩进行桩机定位，将其设置于设计桩位并对中。
3.2将双向搅拌桩相关施工机械启动，并将搅拌叶片合理调整，使其完全展开，机械沿着导向架向下运动触土，最下组叶轮开始旋转切土作业，并将送灰泵开启，将水泥灰和压缩空气通过与叶片固连的喷嘴喷压入土层中，在土体空隙中，混合气体的压力快速降低，使固化材料与旋转空隙土体层相黏附，旋转至半周时，上层叶轮组开始旋转搅拌，将粉体固化材料与土体混合搅拌为一体，保证均匀喷灰。经过上下层叶片组正反向同时进行的旋转切割作业，将土体充分搅拌，双向搅拌桩机则持续向下作业，完成整个搅、喷、拌的过程。
3.3在扩大头底面部位，利用将外钻杆反向旋转的方法，使搅拌桩机叶轮的工作半径得到相应调整，使喷灰量和喷灰速度也随之变化，并向土中旋喷水泥灰。下部叶轮在旋转作业并喷灰的同时应保持上部叶轮组旋转搅拌，以保证喷灰作业的均匀度。
3.4将送灰泵关闭，两组叶片继续搅拌，同时应保证搅拌叶片与下部桩成桩时的旋转方向相一致，当下部外钻杆叶片处于扩大头端标高以下约0.5m处时，将送灰泵开启并通过与叶片相固连的喷嘴进行水泥灰复喷作业，并向扩大头端逐渐提升，以保证变截面在应力集中作用下的薄弱环节安全度。
3.5使送灰泵保持在开启状态，将外钻杆的旋转方向做相应调整，使外钻杆的搅拌叶片展开至扩大头端的桩体直径，通过喷嘴进行水泥灰复喷作业，并提升搅拌桩机，并保持上下两组叶片旋转进行水泥土的搅拌作业，至内钻杆下部叶片组处于大桩桩顶时可停止。
3.6将送灰泵关闭，停止喷灰作业，并使叶片保持展开至大桩的直径状态，同时使搅拌桩机向下沿导向架运动触土，并保持上下两组叶轮旋转搅拌直至大桩桩底面，保證均匀喷灰度，完成复搅过程。
3.7保持钻杆旋转方向，将搅拌桩机的导向架从大桩桩底面向上提升，再次提升并进行复搅作业，逐步提升搅拌桩机至地表层，单桩施工则为完成。
3.8将搅拌机械关停并做相应移位，准备下一桩位搅拌作业。
图3 钉形双向搅拌桩施工工艺流程示意
4结语
在软土地基的处理过程中，应参照工程实地情况，结合施工经验，因地制宜，选取最相宜的处理方案，才能使地基强度和结构得到优化与改善的目的，最终得以实现。钉形双向搅拌桩复合地基对于淤泥土质地基具有良好的效果，通过本次研究发现，在采用钉形双向搅拌桩技术处理后，该地基承载力得到极大提高，且钉形双向搅拌桩具有双向旋喷、变径、深度大、复搅等优点，同时具有极为明显的经济效益，笔者从工程实例出发，对该工程中软地基处理措施中钉形双向搅拌桩复合地基的设计思路和施工技术进行阐述与探讨，以期有所贡献。
参考文献：
[1] 李海芳,龚晓南,温晓贵等.桥头段刚性桩复合地基现场观测结果分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(15):2780-2785.
[2] 段林,李刚,余敏等.水泥搅拌桩和CFG桩复合地基在软土路基处理的工程应用及对比分析[J].城市建设,2010,(27):279-281.
[3] 鲁绪文.路堤荷载下长短桩复合地基加固深厚软土路基的试验与研究[D].南京水利科学研究院,2007.
[4] 王丙占.基于温克勒假设对高速公路软土路基旋喷桩处理的应用研究[J].城市建设与商业网点,2009,(21):258-260.
[5] 周立军.粉喷桩复合地基设计与施工在公路软土路基加固处理中的应用[J].四川建材,2008,34(4):122-123,136.
关键词：复合地基；钉形双向搅拌桩；软土地基；施工工艺；处理效果
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
在软土地基处理措施中，钉形双向搅拌桩复合地基具有双向旋喷、变径、深度大、复搅等优点，因而得到了较为普遍的应用。钉形双向搅拌桩以常规搅拌桩为基础，对施工设备进行了有效改进。本文选取钉形双向搅拌桩复合地基技术作为示范，结合工程实例进行分析和探讨，以期有所贡献。
1工程实例概况
宁波环象山港公路（林善岙至黄避岙）工程第二合同段K16+200～K32+850范围内，地层土质主要为淤泥质粘土，顶层埋深0.5～3.1m为硬塑土层，下层5.1～25.9m为软塑层、流塑层，层厚通常在5～24m，土层为流塑，具有较高的含水量和较大孔隙比，压缩性比较高，强度较低，因而土层性质极差，再往下为基岩或硬塑层，土层物理力学指标与承载力标准值见下表1。
表1 地基土土层物理力学指标以及承载力标准值
2钉形双向搅拌桩复合地基技术设计
作为一种新型的水泥土搅拌桩，钉形双向搅拌桩的施工机械为对水泥土成桩机械的钻杆、动力传动系统、钻头部分进行改进而形成的，具体内容为：钻杆采用同心双轴型，将正向的旋转叶片安装在内钻杆上，反向旋转叶片则相应设置于外钻杆上；对搅拌叶片加以改进，使其成为可伸缩叶片，从而在土层下不同深度处伸缩，进而形成两种半径，桩体上部截面由此扩大，从而使水泥土搅拌桩形成钉状结构，机械改进示意和水泥土双向搅拌效果示意如下图所示：
图1 钉形搅拌桩钻头改进效果示意
图2 水泥土双向搅拌效果示意
钉形双向搅拌桩具有很多优点，将在以下做出详细阐述：
2.1就地搅拌：利用上层叶片反方向旋转的同时进行，水泥浆冒出路径被隔断，并可就地强制搅拌水泥浆，彻底解决了冒浆现象。
2.2搅拌度较为均匀：在内外旋杆上设置的正反向叶片同时旋转，能够充分搅拌土体和水泥浆，水泥搅拌体基本无层状出现。
2.3低扰动度：通过同时向正反方向旋转的同心双轴旋杆作用，叶片与土体间水平旋转力得到很好地抵消，从而使桩部周围土层受钻杆摇动所产生的扰动影响大幅降低。
2.4合理的受力状态：在地基中，应力的传递规律和钉形桩变截面结构是一致的，这为加固体的合理受力提供了良好基础，从而使复合效果也达到更佳水平。
2.5沉降度的减少：钉形桩具有合理的桩体结构，且具有均匀的桩身质量，强度也比较高，从而能够有效将桩身上部荷载传递到地基土深层，复合地基的沉降度由此得以减少。
2.6良好的经济效益：钉形桩通过双向搅拌技术的应用，大幅度提高了桩本体强度，桩间距也由此扩大，软土地基处理在单位体积内的工程量较小，削减了工程造价成本。
2.7操作简捷，便于推广：钉形双向搅拌桩技术选用常规的固化剂，并改进了现行水泥土搅拌机械，在短期的指导与培训后，施工人员即刻展开施工。
3 钉形双向搅拌桩复合地基施工
参照设计要求，钉形双向搅拌桩技术施工中应利用试桩方法（通常为5根）来对各项参数予以确定：①钻入速度，v＜1.5m/min；②钻杆提升平均速度，0.8m~1.2m/min；③管道在钻进喷灰和复搅作业时的压力为0.2MPa＜P＜0.4MPa；④搅拌速度取R=30~50r/min。其施工工艺流程如下：
3.1对钉形双向搅拌桩进行桩机定位，将其设置于设计桩位并对中。
3.2将双向搅拌桩相关施工机械启动，并将搅拌叶片合理调整，使其完全展开，机械沿着导向架向下运动触土，最下组叶轮开始旋转切土作业，并将送灰泵开启，将水泥灰和压缩空气通过与叶片固连的喷嘴喷压入土层中，在土体空隙中，混合气体的压力快速降低，使固化材料与旋转空隙土体层相黏附，旋转至半周时，上层叶轮组开始旋转搅拌，将粉体固化材料与土体混合搅拌为一体，保证均匀喷灰。经过上下层叶片组正反向同时进行的旋转切割作业，将土体充分搅拌，双向搅拌桩机则持续向下作业，完成整个搅、喷、拌的过程。
3.3在扩大头底面部位，利用将外钻杆反向旋转的方法，使搅拌桩机叶轮的工作半径得到相应调整，使喷灰量和喷灰速度也随之变化，并向土中旋喷水泥灰。下部叶轮在旋转作业并喷灰的同时应保持上部叶轮组旋转搅拌，以保证喷灰作业的均匀度。
3.4将送灰泵关闭，两组叶片继续搅拌，同时应保证搅拌叶片与下部桩成桩时的旋转方向相一致，当下部外钻杆叶片处于扩大头端标高以下约0.5m处时，将送灰泵开启并通过与叶片相固连的喷嘴进行水泥灰复喷作业，并向扩大头端逐渐提升，以保证变截面在应力集中作用下的薄弱环节安全度。
3.5使送灰泵保持在开启状态，将外钻杆的旋转方向做相应调整，使外钻杆的搅拌叶片展开至扩大头端的桩体直径，通过喷嘴进行水泥灰复喷作业，并提升搅拌桩机，并保持上下两组叶片旋转进行水泥土的搅拌作业，至内钻杆下部叶片组处于大桩桩顶时可停止。
3.6将送灰泵关闭，停止喷灰作业，并使叶片保持展开至大桩的直径状态，同时使搅拌桩机向下沿导向架运动触土，并保持上下两组叶轮旋转搅拌直至大桩桩底面，保證均匀喷灰度，完成复搅过程。
3.7保持钻杆旋转方向，将搅拌桩机的导向架从大桩桩底面向上提升，再次提升并进行复搅作业，逐步提升搅拌桩机至地表层，单桩施工则为完成。
3.8将搅拌机械关停并做相应移位，准备下一桩位搅拌作业。
图3 钉形双向搅拌桩施工工艺流程示意
4结语
在软土地基的处理过程中，应参照工程实地情况，结合施工经验，因地制宜，选取最相宜的处理方案，才能使地基强度和结构得到优化与改善的目的，最终得以实现。钉形双向搅拌桩复合地基对于淤泥土质地基具有良好的效果，通过本次研究发现，在采用钉形双向搅拌桩技术处理后，该地基承载力得到极大提高，且钉形双向搅拌桩具有双向旋喷、变径、深度大、复搅等优点，同时具有极为明显的经济效益，笔者从工程实例出发，对该工程中软地基处理措施中钉形双向搅拌桩复合地基的设计思路和施工技术进行阐述与探讨，以期有所贡献。
参考文献：
[1] 李海芳,龚晓南,温晓贵等.桥头段刚性桩复合地基现场观测结果分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(15):2780-2785.
[2] 段林,李刚,余敏等.水泥搅拌桩和CFG桩复合地基在软土路基处理的工程应用及对比分析[J].城市建设,2010,(27):279-281.
[3] 鲁绪文.路堤荷载下长短桩复合地基加固深厚软土路基的试验与研究[D].南京水利科学研究院,2007.
[4] 王丙占.基于温克勒假设对高速公路软土路基旋喷桩处理的应用研究[J].城市建设与商业网点,2009,(21):258-260.
[5] 周立军.粉喷桩复合地基设计与施工在公路软土路基加固处理中的应用[J].四川建材,2008,34(4):122-123,136.