釘形水泥土雙向攪拌樁在市政道路軟基加固中的應用

李峰

（廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東東莞 523710）

0 引言

釘形水泥土雙向攪拌樁是一種地基處理新技術，它結合了雙向水泥土攪拌樁和變截面水泥土攪拌樁兩項施工技術，并因其自身的優點在道路的軟基加固處理中有著廣泛的應用。為了更好的應用此項攪拌樁技術，就需要重視此項技術的應用，并采用措施保障施工質量?；诖?，本文就釘形水泥土雙向攪拌樁在市政道路軟基加固中的應用進行了探討，對有關方面的需要能有一定幫助。

1 工程概況

本文選擇的研究對象為某市政道路，全長共11 km，其主要選擇城市I級的次干路工程建設標準以及堤路結合的方式建設，在道路中廣泛分布著場地軟土、水塘、農田以及溝渠，在工程的地質層中有兩層不良地質，一是水塘和溝渠表層，二是淤泥質的粉質粘土～粘土。軟土的土層具有流動性、高壓縮性、觸變性以及不均勻性的特點，道路的填方高度約為5～6 m，水塘里的填方高度約為8 m，具體是高填方的軟土路堤。

道路工程底層主要是人工填土層和第四系的全新統沖積層，其土層構成從上到下具體是：

（1）2層土層主要為素填土，顏色是灰褐色，較濕潤，主要以可塑性的粘性土壤為主，土中夾雜有植物的根莖以及少量的碎石塊，土質不均勻，土層的厚度約為2～13.5 m，并在整個市政府道路中分布。

（2）3層土層主要為淤泥，顏色是灰黑色，多為流塑狀，土中夾雜著少量的生物殘骸，有機物質較多，土層多分布在魚塘與河床的表層，土層厚度約為 0.2～1.5 m。

（1）1層土層主要為粉質粘土，顏色是灰黃色～灰褐色，較濕潤，土壤為可塑性～軟塑性，土層中存在少量的灰白色鋁土以及黑色的氧化物斑，局部有薄層的粉土，土層的厚度約為1～9 m，并在整個市政府道路中分布。

（2）2層土層主要為淤泥質的粉質粘土～粘土，顏色是灰色～灰褐色，土壤為可塑性～軟塑性，飽和，局部有粘土，夾雜著粉砂、砂土以及腐殖質，土層的厚度約為0.6～15 m，并在整個市政府道路中分布。

（3）2層土層主要為細砂夾雜著粉質黏土，顏色是灰色和青灰色，土壤稍密～中密，飽和，局部有粉質粘土，土層的厚度約為9～35 m，并在整個市政府道路中分布。表1是土層的物理力學指標，在樁號的K8+720—K9+028路段的軟土地基中主要選擇釘形雙向水泥土攪拌樁（25 m）對其加固處理，讓路基的承載力與沉降情況能滿足工程施工的要求。

2 釘形水泥土雙向攪拌樁

2.1 施工原理

釘形水泥土雙向攪拌樁主要是結合了變截面與雙向水泥土的攪拌技術來提高其施工質量，其中雙向水泥土的攪拌樁技術是指通過改裝攪拌樁的傳動系統，有雙動力的裝置來代替單動力的裝置，然后使用同心的雙軸鉆桿，并在內鉆桿中安置正向的旋轉葉片，而外鉆桿則安置反向的旋轉葉片，讓鉆桿內外的旋轉方向正好相反，然后進行雙向攪拌，避免水泥漿出現上冒的情況，保證水泥土攪拌均勻。變截面的攪拌樁技術主要是將伸縮葉片代替攪拌葉片，然后在樁長的深度范圍中，利用旋轉的伸縮葉片來形成各種直徑樁體，并在樁體上部將旋轉伸縮葉片張開，形成擴大頭（釘形攪拌樁）。釘形水泥土雙向攪拌樁和普通的攪拌樁對比，其樁身的質量均勻，功效較高，能提高土體上部分地基強度，避免路基沉降過快，且增大了樁體的距離，降低工程成本[1]。

表1 土層的物理力學指標

2.2 施工工藝

“4攪3噴”是釘形水泥土雙向攪拌樁在擴大頭的部分常用的施工工藝，而在擴大頭下面的下部樁身則常用的施工工藝是“2攪1噴”，圖1是攪拌樁的具體施工工藝：

圖1 施工工藝

釘形水泥土雙向攪拌樁的施工工藝具體為：（1）定位樁機。主要步驟是施工放樣、定位，然后將打樁機直接移到指定的樁位上，并保證其對中。（2）切土下沉。主要步驟為先啟動水泥土攪拌機，讓伸縮葉片一直張開到擴大頭的設計直徑為止，然后讓攪拌機沿著導向架進行向下的切土，然后使用灰漿泵朝著土體噴灑水泥漿，讓葉片朝著正反方向旋轉，從而對攪拌土體進行切割，直至擴大頭的設計寬度為止。（3）縮徑的切土下沉。主要步驟為先將內外鉆桿旋轉方向進行改變，讓伸縮葉片收縮，并收縮到下部樁體的設計直徑為止，讓葉片朝著正反方向旋轉，從而對攪拌土體進行切割，直至下部樁體的設計深度為止，然后在樁底進行持續的噴灑水泥漿，攪拌時間至少為10 s。（4）提升攪拌。主要步驟為關閉灰漿泵之后，提升攪拌機的工作效率，讓葉片朝著正反方向旋轉以對水泥土進行攪拌，直到擴大頭的底面。（5）擴徑以提升攪拌。主要步驟為先將內外鉆桿旋轉方向進行改變，讓伸縮葉片一直張開到擴大頭的設計直徑為止，啟動灰漿泵，讓葉片朝著正反方向旋轉以對水泥土進行攪拌，當其達到地表或者樁頂上的50 cm處時，將灰漿泵進行關閉，保證攪拌的葉片擴大到擴大頭的直徑中。（6）攪拌下沉。主要步驟為擴大灰漿泵之后，讓葉片朝著正反方向旋轉以對水泥土進行攪拌，直至擴大頭的設計深度為止。（7）提升攪拌。主要步驟為關閉灰漿泵之后，提升攪拌機的工作效率，讓葉片朝著正反方向旋轉以對水泥土進行攪拌，直到地表或者樁頂上的50 cm處。（8）樁頂處理。主要步驟為在樁頂的1～1.5 m范圍里進行2次的噴灑水泥土以及攪拌。人工進行攪拌[2]。

3 釘形水泥土雙向攪拌樁的施工

本文市政府道路建設施工中的釘形水泥土雙向攪拌樁主要采取正三角形的布置方式，樁體之間的距離為1.8 m，設計的樁長是25 m，下部樁體的直徑是0.6 m，擴大頭的直徑是1 m，長度是4 m。對于釘形水泥土雙向攪拌樁的施工要求為：在施工后的28 d進行樁身抽芯取樣檢驗，保證其抗壓的強度在1.0 MPa以上，復合地基的承載力應該在120 kPa以上，由于攪拌樁多使用復合的硅酸鹽水泥（PC32.5），用量占濕土質量 12～15%，所以在現場進行配比實驗時，水灰比為0.45～0.5。

3.1 工程施工難點

由于攪拌樁的處理深度通常小于20 m，所以為了保障成樁質量，在施工時通常將處理的深度選擇為15 m，如果設計的樁長為25 m時，即是選擇釘形水泥土雙向攪拌樁，但是在施工上還是有較大的難度，主要是因為：（1）對于釘形水泥土雙向攪拌樁的工程施工經驗較少，具體施工參數必須要在現場進行試驗之后才能確定，而且還需要優化原油的施工工藝，在檢驗后保證樁身的質量可以滿足設計需求才可以進行實施。（2）施工設備性能要求嚴格。現如今，釘形水泥土雙向攪拌技術通常選擇的機架是普通的深層攪拌機配合雙向的動力箱體以及變徑鉆頭等改造而成，施工的機械結構較為簡單，穩定性差，使得釘形樁處理深度受到限制，難以符合超長樁的建筑施工要求。因此，為了解決這些難題，應該從工程的施工設備、工藝性的試樁方式以及質量控制上著手。

3.2 工程施工的設備

普通攪拌樁的塔架高度、動力機功率和樁架尺寸難以符合超長釘形樁施工需求，主要是因為樁架的動力箱體容易出現故障，功能和效用較差，在使用時框架晃動幅度大，穩定性差，因此對于釘形水泥土雙向攪拌樁施工的成樁機械應該重新進行設計。而在SJB型的樁機結構中，框架尺寸將原有的尺寸擴大到10.5 m×4.5 m左右，動力機的功率也增大至2×45 kW，質量為1.5 t，而塔架高度是30 m，配置的兩臺灰漿攪拌機容積是0.5 m3，具體泵壓為1 500 kPa，泵量是50 L/min，通過試裝測試，確定SJB型的樁機結構能滿足釘形水泥土雙向攪拌樁施工的要求。

3.3 工藝性的試樁

為了在提高施工效率的同時，保障施工質量，讓全線施工順利開展，施工單位在進行正式施工的時候，應該提前進行工藝性的試樁，并對以下問題進行檢查：（1）查看水泥漿的噴漿量以及密度是否能滿足工程施工的要求，并選擇相應的輸漿泵。（2）檢查標定裝機實際的水泥漿噴灑量是否和電腦控制臺記錄相一致，以方便后期對工程施工質量進行控制，然后了解提升以及下沉阻力的實際情況，選擇適合的設備功率、攪拌葉片寬度、攪拌葉片傾角以及攪拌頭的形式等。（3）檢驗水灰比和配合比是否能滿足工程施工的要求，是否需要添加外加劑。（4）了解和掌握攪拌樁的下沉、提升以及復攪速度，保證攪拌均勻，噴灑水泥漿量能滿足工程要求。（5）檢查諸神的強度、尺寸。質量以及均勻性等。（6）就愛奶茶復合地基的承載能力是否能滿足市政府道路的施工要求。根據試驗可知，使用復合的硅酸鹽水泥的用量占濕土質量約15%，具體的水灰比是0.5，水泥漿密度是1.71，主要添加的外加劑是博特減水劑（類型為SBTJM-Ⅵ型），其添加量占水泥質量約1%，攪拌樁機的控制參數中，鉆進噴漿的速度小于等于0.5 m/min，提升的速度小于等于0.8m/min，外鉆桿的轉速大于70 r/min，而內鉆桿的轉速大于50 r/min。

3.4 質量控制

為了保證市政府道路施工的施工質量，在進行釘形水泥土雙向攪拌樁施工時應該對其進行質量控制，并檢查具體的計量和施工記錄，讓施工各環節的質量皆得到有效的控制，以保證地基加固和成樁質量。具體的施工控制為：（1）嚴格依照相關的設計文件來對樁位進行繪制，避免出現漏打的情況，然后根據施工圖來進行放樣，保證放樣的偏差值小于50 mm。（2）在樁機移動到設計的位置之前，施工人員應該平整施工場地，避免因施工場地的原因使得樁機出現傾斜的情況。（3）對于施工的水泥漿應該嚴格根據配合比要求對其進行拌制，并控制其用量和密度，保證每根樁柱使用的水泥用量能滿足工程設計的要求。（4）在進行鉆進和提升速度時應該嚴格根據相關參數進行，因為如果鉆進和提升速度沒有得到有效的控制將會使得樁身的均勻性受到影響，在攪拌到樁底的時候，應該保證持續噴漿和攪拌時間大于30 s，確保樁底的強度和質量。

4 結束語

雖然釘形水泥土雙向攪拌樁軟基處理能力較高，樁身的質量均勻，有利于提高土體上部分地基強度，避免路基沉降過快，且有效增大了樁體的距離，降低工程成本，但是其在實際應用中施工并未成熟，因此，為了提高軟基的加固效果，施工單位應該重視其施工質量，并加以控制，保障其成樁質量，與此同時，對于釘形水泥土雙向攪拌樁的施工技術還應該繼續探索，不斷完善其不足之處，推動道路施工的高質高效的發展。

[1]繆定武,許鋒雷.釘形水泥土雙向攪拌樁軟土地基加固中的控制和應用[J],城市建筑,2013,7（6）;142-143.

[2]劉志明，付煒，李鵬.釘形水泥土雙向攪拌樁技術在箱涵軟基處理中的應用[J],市政技術,2013,12（1）：67-68.