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摘要：在天津市滨海大道二期道路工程中，针对特殊的地质条件和工程概况，工程设计采用了钉形水泥土双向搅拌桩 对深层软土基础进行处理，从而确保了工程质量和安全，提高了經济和社会效益。
关键词：钉形水泥土双向搅拌桩 常规水泥搅拌桩软土基础
中图分类号： TU471.8 文献标识码： A 文章编号：
1、项目概况
本项目所处区域为天津市东部，基本为南北走向，位于渤海湾西岸的大清河水系冲积平原，地形平坦，大部为盐田、虾池，和去土坑。在地貌上因平原沉降带和渤海沉降区而主要表现为大清河、子牙河水系的冲积平原及海漫、海浪造成的冲积平原。
2、地质条件分析
根据本工程的地质详堪资料，在钻孔所揭示的深度范围内，场地地层均属第四纪沉积层。对其地基土层时代、成因和工程地质性质进行了综合分析表明，拟建工程场区范围多为虾池及鱼塘，存在大量沟渠，地基土层工程地质性质多数为差～较差，存在厚度较大的软土和软弱土，特别是在第I海相层(Q42m)中③-2层及③-3层存在天然含水量大、压缩性大的高压缩性软弱土，呈可塑～软塑状态，局部流塑状态，压缩性高，力学强度低。这种地基土承载力较低，含水量高、压缩性大、土层性质复杂多变，不能满足工程建设的要求，甚至导致建筑物在建成后很久仍在沉降，造成不稳定隐患。
3、基础处理方案的选择
目前，国内在对深层软土基础的处理中，桩基工程设计存在很多问题，主要在于对“土”性的认识不够，获取“土”性的手段不够，大多仅局限于室内试验和原位测试实验，导致获取的土质参数不符合实际。而且在施工过程当中，设计不断变更，对桩基沉降计算可靠性低，对桩基设计随意性大。
常见的深层软土处理方法主要分为排水固结和复合地基处理。排水固结效果好，造价低，但需要施工工期长，路基要有一定的时间进行预压，鉴于本次工期紧张，设计推荐采用复合地基处理软土。本项目软土深度较深，对于这种大规模软土地基深层处理，在满足规范要求和完工后沉降和稳定性的前提下，还应充分考虑工程造价和工期要求。针对这种情况，设计采用了先进的双向钉形水泥土搅拌桩 (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（图1），配上专用的动力设备及多功能钻头，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口，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，阻断水泥浆上冒途径，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量。
1—外钻杆上的反向旋转搅拌叶片；
2—内钻杆上的正向旋转搅拌叶片；
3—内钻杆；
4—外钻杆
图1双向搅拌桩机械示图
4、本项目钉形搅拌桩的应用
4.1 施工准备
（1）施工前应根据被加固土的性质及单桩承载力要求，确定搅拌桩水泥掺入比。
（2）每个工点施工前必须先打不少于3根的工艺试验桩（位置选择在桥头的密集段的边坡范围），以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数。
（3）掌握满足设计单桩喷浆量（由水泥掺入量、水灰比计算）的各种技术参数；
检验桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求；检验复合地基承载力是否满足设计要求。
（4）根据设计要求和试桩资料选取专门的施工机械；应核实场地地基承载力是否满足机械施工要求，如不满足应采取相应的工程措施；
（5）按照设计图表的要求进行施工放线、确定桩位，并对场地进行大致平整；
（6）构造物基底额桩顶高程应根据构造物的底高程进行计算确定，同时应考虑凿除50cm桩头的影响；
（7）搅拌机具运至现场后进行安装调试，待转速、压力及计量设备正常后就位；
（8）根据试桩得到的最佳灰浆稠度、工作压力、钻进及提升速度等技术参数，制定质量控制措施及施工组织设计（包括打桩顺序）。
4.2 钉形搅拌桩的施工工艺
（1）钉形搅拌桩的施工工艺流程如下：
a）搅拌桩定位：搅拌机到制定桩位并对中；
b）喷浆下沉：启动搅拌机，是搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转（外钻杆逆时针旋转，内钻杆顺时针旋转）切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到扩大头设计深度；
c）施工下部桩体：改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到下部桩体直径；喷桩切土下沉，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到设计深度，在桩端应就地持续喷浆搅拌10秒以上；
d）提升搅拌：搅拌机提升、关闭送浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至扩大头底面标高；
e）伸展叶片：改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展至扩大头径；提升搅拌，提升钻杆，两组叶片同时正反方向旋转搅拌水泥土，直到地表设计或桩顶标高以上50cm；
f）切土下沉：搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵，向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到扩大头设计深度；
g）提升搅拌：关闭送浆泵，两组叶片同时正反方向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm。
（2）成桩要求
a）钉形搅拌桩属于非挤土桩，一般情况下对施工顺序无特殊要求；若施工场地一侧靠近建（构）筑物，应从靠近建（构）筑物一侧由近向远施工；若施工现场一侧靠近边坡，应从靠近边坡一侧由近向远施工，在边坡施工时应采取可靠的防护措施，防止边坡失稳和机械安全。
b）桩位偏差不大于50cm，桩径和扩大头高度不小于设计值。
c）桩长由设计和施工工艺参数控制，施工至设计桩底附近应注意最后30s电流和进尺参数，其值由工艺性试桩确定。
d）成桩过程中应控制水泥浆的比重，并符合有关技术要求。
（3）水泥浆应连续供应，如发生断浆现象，必须复打，复打重叠长度必须大于1.0m。浆液拌和均匀，不得有结块；浆液不得离析或停滞时间过长，超过2小时应停止使用。
5、质量检验
钉形搅拌桩必须由专门的检测单位进行质量检测
成桩质量检查
钉形搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程，应坚持全程的施工监理。在施工过程中随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、内外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停浆处理方法和单桩施工时间等。
桩身质量检测
a）钉形搅拌桩成桩7天后采用浅部开挖观察桩体成型情况和搅拌均匀程度，并可检验桩身直径，检查频率为1‰，且不少于3根。
b）钉形搅拌桩成形28天后应进行标准贯入试验和取芯进行室内无侧限抗压强度试验，钻孔直径应不小于108mm，以保证试块尺寸；检验桩数应随机抽取总桩的5‰，且不少于3根。
c）钉形搅拌桩扩大头部分宜在小直径桩外取芯，通过芯样对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等综合评价；
d）凿除软桩头后长度不小于设计桩长，扩大头高度为3m。桩芯28d无侧限抗压强度应满足表1
桩芯28d无侧限抗压强度 表1
钉形搅拌桩质量检测标准详见表2
钉形水泥双向搅拌桩质量检测标准 表2
（4）承载力的检测
钉形搅拌桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载试验和单桩载荷试验。载荷试验必须在桩身强度满足载荷试验条件，并宜在成桩28d后进行。检验数量为总桩载的2‰，且每个单项工程不少于3点。
6、结束语
钉形水泥土双向搅拌桩由于桩身强度的大幅度提高及桩身结构的更趋合理， 它能搅拌均匀，上层叶片的同时反向旋转，阻断了水泥浆上冒途径，强制对水泥浆就地搅拌，冒浆现象彻底解决；对桩周土体扰动小，受力合理，能将上部荷载传到地基深处，减小复合地基沉降，与常规水泥土搅拌桩相比复合效果更佳，从现有的工程实例看，其综合经济效益比常规水泥土搅拌桩节省投资约25%，并且随着处理软土深度的增加，其经济效益和社会效益越发明显。
关键词：钉形水泥土双向搅拌桩 常规水泥搅拌桩软土基础
中图分类号： TU471.8 文献标识码： A 文章编号：
1、项目概况
本项目所处区域为天津市东部，基本为南北走向，位于渤海湾西岸的大清河水系冲积平原，地形平坦，大部为盐田、虾池，和去土坑。在地貌上因平原沉降带和渤海沉降区而主要表现为大清河、子牙河水系的冲积平原及海漫、海浪造成的冲积平原。
2、地质条件分析
根据本工程的地质详堪资料，在钻孔所揭示的深度范围内，场地地层均属第四纪沉积层。对其地基土层时代、成因和工程地质性质进行了综合分析表明，拟建工程场区范围多为虾池及鱼塘，存在大量沟渠，地基土层工程地质性质多数为差～较差，存在厚度较大的软土和软弱土，特别是在第I海相层(Q42m)中③-2层及③-3层存在天然含水量大、压缩性大的高压缩性软弱土，呈可塑～软塑状态，局部流塑状态，压缩性高，力学强度低。这种地基土承载力较低，含水量高、压缩性大、土层性质复杂多变，不能满足工程建设的要求，甚至导致建筑物在建成后很久仍在沉降，造成不稳定隐患。
3、基础处理方案的选择
目前，国内在对深层软土基础的处理中，桩基工程设计存在很多问题，主要在于对“土”性的认识不够，获取“土”性的手段不够，大多仅局限于室内试验和原位测试实验，导致获取的土质参数不符合实际。而且在施工过程当中，设计不断变更，对桩基沉降计算可靠性低，对桩基设计随意性大。
常见的深层软土处理方法主要分为排水固结和复合地基处理。排水固结效果好，造价低，但需要施工工期长，路基要有一定的时间进行预压，鉴于本次工期紧张，设计推荐采用复合地基处理软土。本项目软土深度较深，对于这种大规模软土地基深层处理，在满足规范要求和完工后沉降和稳定性的前提下，还应充分考虑工程造价和工期要求。针对这种情况，设计采用了先进的双向钉形水泥土搅拌桩 (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（图1），配上专用的动力设备及多功能钻头，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口，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，阻断水泥浆上冒途径，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量。
1—外钻杆上的反向旋转搅拌叶片；
2—内钻杆上的正向旋转搅拌叶片；
3—内钻杆；
4—外钻杆
图1双向搅拌桩机械示图
4、本项目钉形搅拌桩的应用
4.1 施工准备
（1）施工前应根据被加固土的性质及单桩承载力要求，确定搅拌桩水泥掺入比。
（2）每个工点施工前必须先打不少于3根的工艺试验桩（位置选择在桥头的密集段的边坡范围），以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数。
（3）掌握满足设计单桩喷浆量（由水泥掺入量、水灰比计算）的各种技术参数；
检验桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求；检验复合地基承载力是否满足设计要求。
（4）根据设计要求和试桩资料选取专门的施工机械；应核实场地地基承载力是否满足机械施工要求，如不满足应采取相应的工程措施；
（5）按照设计图表的要求进行施工放线、确定桩位，并对场地进行大致平整；
（6）构造物基底额桩顶高程应根据构造物的底高程进行计算确定，同时应考虑凿除50cm桩头的影响；
（7）搅拌机具运至现场后进行安装调试，待转速、压力及计量设备正常后就位；
（8）根据试桩得到的最佳灰浆稠度、工作压力、钻进及提升速度等技术参数，制定质量控制措施及施工组织设计（包括打桩顺序）。
4.2 钉形搅拌桩的施工工艺
（1）钉形搅拌桩的施工工艺流程如下：
a）搅拌桩定位：搅拌机到制定桩位并对中；
b）喷浆下沉：启动搅拌机，是搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转（外钻杆逆时针旋转，内钻杆顺时针旋转）切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到扩大头设计深度；
c）施工下部桩体：改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到下部桩体直径；喷桩切土下沉，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到设计深度，在桩端应就地持续喷浆搅拌10秒以上；
d）提升搅拌：搅拌机提升、关闭送浆泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直至扩大头底面标高；
e）伸展叶片：改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展至扩大头径；提升搅拌，提升钻杆，两组叶片同时正反方向旋转搅拌水泥土，直到地表设计或桩顶标高以上50cm；
f）切土下沉：搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵，向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，搅拌机持续下沉，直到扩大头设计深度；
g）提升搅拌：关闭送浆泵，两组叶片同时正反方向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm。
（2）成桩要求
a）钉形搅拌桩属于非挤土桩，一般情况下对施工顺序无特殊要求；若施工场地一侧靠近建（构）筑物，应从靠近建（构）筑物一侧由近向远施工；若施工现场一侧靠近边坡，应从靠近边坡一侧由近向远施工，在边坡施工时应采取可靠的防护措施，防止边坡失稳和机械安全。
b）桩位偏差不大于50cm，桩径和扩大头高度不小于设计值。
c）桩长由设计和施工工艺参数控制，施工至设计桩底附近应注意最后30s电流和进尺参数，其值由工艺性试桩确定。
d）成桩过程中应控制水泥浆的比重，并符合有关技术要求。
（3）水泥浆应连续供应，如发生断浆现象，必须复打，复打重叠长度必须大于1.0m。浆液拌和均匀，不得有结块；浆液不得离析或停滞时间过长，超过2小时应停止使用。
5、质量检验
钉形搅拌桩必须由专门的检测单位进行质量检测
成桩质量检查
钉形搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程，应坚持全程的施工监理。在施工过程中随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、内外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停浆处理方法和单桩施工时间等。
桩身质量检测
a）钉形搅拌桩成桩7天后采用浅部开挖观察桩体成型情况和搅拌均匀程度，并可检验桩身直径，检查频率为1‰，且不少于3根。
b）钉形搅拌桩成形28天后应进行标准贯入试验和取芯进行室内无侧限抗压强度试验，钻孔直径应不小于108mm，以保证试块尺寸；检验桩数应随机抽取总桩的5‰，且不少于3根。
c）钉形搅拌桩扩大头部分宜在小直径桩外取芯，通过芯样对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等综合评价；
d）凿除软桩头后长度不小于设计桩长，扩大头高度为3m。桩芯28d无侧限抗压强度应满足表1
桩芯28d无侧限抗压强度 表1
钉形搅拌桩质量检测标准详见表2
钉形水泥双向搅拌桩质量检测标准 表2
（4）承载力的检测
钉形搅拌桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载试验和单桩载荷试验。载荷试验必须在桩身强度满足载荷试验条件，并宜在成桩28d后进行。检验数量为总桩载的2‰，且每个单项工程不少于3点。
6、结束语
钉形水泥土双向搅拌桩由于桩身强度的大幅度提高及桩身结构的更趋合理， 它能搅拌均匀，上层叶片的同时反向旋转，阻断了水泥浆上冒途径，强制对水泥浆就地搅拌，冒浆现象彻底解决；对桩周土体扰动小，受力合理，能将上部荷载传到地基深处，减小复合地基沉降，与常规水泥土搅拌桩相比复合效果更佳，从现有的工程实例看，其综合经济效益比常规水泥土搅拌桩节省投资约25%，并且随着处理软土深度的增加，其经济效益和社会效益越发明显。