２０１３年第４期（总１９２期） 安徽建筑 钉形水泥土双向搅拌桩复合地基施工与控制技 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｔ－・ｓｈａｐｅｄ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｏｉｌ－－Ｃｅｍｅｎｔ Ｄｅｅｐ Ｍｉｘｉｎｇ Ｃｏｌｕｍｎ 李长斌 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽■■■■一 ＢＩＩＢＢ—●＿ｌ 合肥２３００００） ＝＝＝ ——■— 摘要：文章对滁州至马鞍山高速公路中钉形水泥土双尚搅拌桩复合 地基的设计及材料技术要求、施工要点进行介绍。给出了钉形水泥土 双向搅拌桩的施工工艺流程、工艺参数及质量控制措施。实践证明，钉 形水泥土双向搅拌桩复合地基这一新技术有效的提高了软基承栽力， 具有显著的经济及社会效益。 关键词：钉形水泥土双向搅拌桩；软基处理；高速公路；质量检测 中图分类号：ＴＵ４７２．３＇６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７—７３５９（２０１３）０４—０１１８—０３ ０前言 钉形水泥土双向搅拌桩是一种新型的水泥土搅拌桩，是对 常规水泥搅拌桩施工机械进行简单改造，配上专用的动力设备 与多功能钻头，采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转 岩 叶片，在外钻杆上安装反向旋转叶片，且搅拌叶片均改进为可 土 伸缩叶片（图１）。这样通过动力系统分别带动安装在同心钻杆 工 上的内外两组搅拌叶片同时正反旋转搅拌，利用土体的主被动 程 与 压力，使钻杆上叶片打开或收缩，形成２种不同桩径类似如钉 基 子形状的水泥土搅拌桩。 础 处 理 １ 工程概况 滁州至马鞍山高速公路某标段软基路段以河流冲积地貌 为主，软土路段地形较为平缓，地貌为长江及其支流河漫流，地 面标高６．２ｍ～ｌＯ．５ｍ，地形平坦、开阔，地层由第四系全新统灰 色、浅灰色淤泥、淤泥质粉砂、粉质粘土、砂砾石组成。该段软基 总体上软土厚度约４ｍ一１２ｍ不等，表层有０．５ｍ ２ｍ的相对硬 壳层，下伏低液限粘土层，为保证该路段路堤的施工安全、营运 稳定，保证路面质量，设计采用钉形水泥土双向搅拌桩复合地 基进行处理。 ２设计及材料技术 要求 ２．１设计要求 对于软土厚度大于５ｍ 的路段，采用钉形桩方案， 安 钉形水泥土双向搅拌桩上 徽 部扩大头直径一般为 建 １００ｃｍ，扩大头长度一般为 筑 图１ 双向水泥土搅拌桩钻头示意圈 ４ｍ一７ｍ，下部桩体直径为 ＩＮ 收稿日期：２０１３—０７—１５ 图２钉形水泥土双向搅拌桩构造设计图 ｉ《 ｉ 一 上即琶 Ｔ 三 四 五 六 七 八 钉形水泥土双向搅拌施工工艺流程图 钉形搅拌桩成桩主要技术参数参考值 表１ Ｔ ５０ｃｍ，对于软土厚度较小的路段，不采用钉形结构，直接采用直 径为ｌＯＯｃｍ的双向搅拌桩。在桩顶设置３０ｃｍ碎石垫层，并在 碎石中部设置５ｃｍ高的钢塑土工格栅，具体构造设计图见图 ２。对于箱涵地基，钉形搅拌桩应加密处理，处理桩间距取２．Ｏｍ， 其过渡段桩间距取２．２ｍ，一般路堤成段桩间距取２，４ｍ，成正三 角形布置。 ２．２材料技术要求 钉形水泥土双向搅拌桩加固材料选用４２．５级以上复合水 泥（或硅酸盐水泥），水泥掺入比不小于１５％，ＮＦ高效减水剂的 用量根据现场情况及试验结果确定，保证水灰比不大于０．５。对 于含水量高、有机质含量高、酸度高的地质适当增加粉煤灰，以 士安徽建筑 ２０１３年第４期ｆ总１９２期） 袭２ 钉形双向水泥搅拌桩质量检验标准 ——■—●■一 Ｉ——＿—＿—一 －●—■一＝ 芯样无侧限抗压强度标准 表３ 填筑。铺设格栅时纵横向搭接应≥０．５ｍ，并且上下层接缝应交 替错开，错开长度应＞０．５ｍ，钢塑格栅的抗拉强度≥８０ｋＮ／ｍ，伸 长率≤３％，节点极限剥离力￣＞２００ｋＮ。级配碎石应满足《公路路 面基层施工技术规范））（ＪＴＪ０３４—２０００）表６．２．４中２号级配的规 提高桩身强度。关于搅拌桩的室内配合比试验，以９０ｄ龄期的 无侧限抗压强度为标准强度，要求试件无无侧限抗压强度：７ｄ 龄期强度ｑｕ≥０．８ＭＰａ，２８ｄ龄期强度ｑｕ≥１．６ＭＰａ，９０ｄ龄期强度 ｑｕＩ＞２．４ＭＰａ。 定，压碎值不大于２６％，含泥量不大于５％，粒径不大于５ｅｒａ。 ３．２工艺参数 钉形水泥土双向搅拌桩在正式施工前，现场必须进行工艺 试验，确定相关工艺参数，保证试桩工艺的稳定性及施工质量。 根据设计要求，一般成桩主要技术参数参考值见表１。 ３．３质量保证措施 岩 土 工 ３施工要点 ３．１施工工艺 ①搅拌桩施工前的成桩工艺试验，应达到下列要求： ａ．成桩工艺试验桩数不宜少于１Ｏ根； 程 钉形双向搅拌桩采用“二喷四搅”工艺，具体施工步骤如图 ３所示。 ｂ．满足设计要求的每ｍ掺灰量和工艺要求的各种参数； ｃ．与 基 处 理 掌握各种土质条件下钻进下下沉、钻杆提升的速度及困 础 步骤一：钉形水泥土双向搅拌桩桩机定位，移动到指定桩 位并对中。 难程度情况，以确定合适的技术措施。 ②钉形水泥土双向搅拌桩施工前，场地应平整，地表较软 时采取防止施工机械失稳措施，保证搅拌桩机底盘水平和导向 架垂直。 步骤二：启动搅拌机，使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ｆ外钻杆 逆时针旋转，内钻杆顺时针旋转），这样两组叶片同时正、反向 ③施工中主要控制每米水泥喷入量，必须由操作熟练的工 人控制阀门，保证喷入均匀，能形成完整的桩体。 ④钉形水泥土双向搅拌桩施工至设计桩深时，应在桩端就 地持续喷浆搅拌１０ｓ～３０ｓ，以保证桩端部施工质量，提高桩端 承载力。 旋转切割、搅拌土体，搅拌桩机持续下沉至扩大头设计深度，完 成扩大头端的“搅、喷、拌”过程。 步骤三：在扩大头底面位置处，改变内、外钻杆的旋转方 向，从而调整搅拌桩机叶轮工作半径，使搅拌叶片调整为桩下 部直径５０ｅｍ，搅拌桩机沿导向架再次向下触土，叶轮被带动反 向旋转强制切土，调整喷浆速度和喷浆量，向土体中旋喷水泥 浆，下面叶轮旋转切土并喷浆，上面叶轮旋转搅拌保证喷浆均 匀，搅拌桩机持续下沉至桩底设计标高，完成桩根部的“搅、喷、 拌”过程。 ⑤质量检测钉形水泥土双向搅拌桩应做好施工过程及成 桩后的质量检测工作，具体检测项目及检测标准见表２。 ７ｄ龄期搅拌桩检测：采用浅部开挖Ｏ．３ｍ一０．５ｍ，观察桩体 成型和搅拌均匀程度，并可检测桩身直径，检查频率为１％ｏ。同 时可采用Ｎ１０轻便触探器钻取桩身加固土样，观察搅拌均匀程 度，根据轻便触探击数，利用对比法判断桩身强度。 ２８ｄ龄期搅拌桩检测：在监理工程师指定桩体的不同部位 步骤四：关闭进浆泵、准备桩机提升，搅拌叶片保持下部桩 成桩时的旋转转向，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直 至扩大头与下部桩体的交界处。 步骤五：保持送浆泵关闭状态，改变内、外钻杆的旋转方 钻孔取芯，为保证尺寸，钻孔直径不小于１０８ｍｍ，检测桩数应随 机抽取总桩数的５‰，且不小于３根，芯样尽可能将上、中、下 向，使钻杆搅拌叶片打开至扩大头桩体直径，搅拌桩机提升，两 组叶片同时搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上５０ｃｍ。 步骤六一步骤八：重复步骤二～五，成桩后关闭搅拌机械 移位至下一桩位。 三个部位各磨制一组，一组３个试件，无侧限抗压强度试验方 法按照《公路土工试验规程》（ＪＴＧ Ｅ４０—２００７）执行，芯样无侧 限抗压强度可参照表３要求进行评定。 其平均无侧限抗压强度应不低于０．９ＭＰａ，取芯应有良好 安 徽 建 筑 钉形水泥土双向搅拌桩施工完毕后，在桩顶先铺设３０ｃｍ 厚碎石，然后在碎石中铺设一层钢塑土工格栅，再进行细砂的 的设备和技术。进行无侧限抗压强度试验时，可视取样对桩芯 的损坏程度将设计指标乘以０．８～０．９５的折减系数。 固 ２０１３年第４期（总１９２期） 安徽建筑 由于地质条件的不同，应根据设计及现场成桩工艺试验，确定 ４经济效益分析 由于钉形水泥土双向搅拌桩通过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，使水泥浆 与土体得到充分搅拌，减少桩体冒浆发生概率，提高了桩体强 度。由于桩身强度和承载力的大幅度提高，桩间距由以前１．４ｍ ■—■■■Ｉ ＿＿ｉＩ 成桩各项技术参数后再进行大面积施工，以保证施工质量。 ②钉形水泥土双向搅拌桩其独特的设计及施工工艺，使桩 体水泥浆搅拌均匀，有效提高了桩身强度及单桩的承载力。 ⑧钉形水泥土双向搅拌桩不仅具有良好的经济效益，同时 也具有显著的社会效益。 左右扩大到２．Ｏｍ～２．５ｍ，大大减少了处理相同面积软土地基的 总桩数，从而显著减少了水泥用量、机械台班和人工费，比常规 水泥土搅拌桩节省成本１５％～３５％，可以取得良好的经济效 参考文献 ［Ｉ］和礼红，李艳，张妮娜，等．钉形水泥土双向搅拌桩桩身强度差异原 因分析与检测探讨ｆＪ］．岩土力学，２ｏｔｏ（ｚ１）． ＝＝ ——＿ 益。 ［２】席培胜，宫能和，储海岩，等．双向搅拌桩加固软土地基应用研究 ［Ｊ】．施工技术，２００７（１）． ５结论 【３】刘松玉，席培胜，储海岩，等．双向水泥土搅拌桩加固软土地基试验 研究［Ｊ】＿岩土力学，２００７（３）． ［４】易耀林，刘松玉，朱志铎．钉形搅拌桩复合地基承载力特 Ｎ［ＪＩ．建筑 ①钉形水泥土双向搅拌桩是一项复合地基处理的新技术， 结构学报，２０１０（９）． ；｝ 窖 ‘｝ ｋ业 ；｝ｊ ｊ 业ｊ－｝ ｝ Ｉ｝ｊ ‘｝业 ｝业宣；｝ ｊ；｝ ｝业ｊ 夸 夸 自Ｉ｝ ｝＝§；｝ ｊ 业 逝 （上接第５８页） 进行照明，很大程度节约了能源提升了项目的节能水平。 满足了国家规范的最低要求显然是不合理的，在设计过程中要 ３．１．３施工阶段 进一步提高设计的标准，使得建筑能耗降得更低。 ①工程质量较高。本工程在施工期间严格按合同的要求进 ②从项目的评价结果可以看出在项目运营阶段得分较低， 行施工和管理，材料进场由监理工程师进行验收，不合格的节 主要是办公人员的节能意识有待提高，其次物业管理的水平和 能材料不能在工程上使用，施工过程严格按施工图设计要求进 发达国家相比也有较大的差距，相关人员的责、权、利还没有清 行施工，保证了工程的质量。 晰地界定。 鼍 ②技术含量较高。在项目的实施阶段采用了新的施工方法 ③施工过程中能耗要进一步降低。在施工过程中要加强对 土 和新的施工工艺，提高了节能施工的技术水平，采用了新型的 节能材料的管理，利用绿色和更加先进的能节材料，提高施工 工 节能材料，降低了工程的成本。 管理的水平。 程 ３．１．４运营管理阶段 与 基 ①技术含量较高。本项目的供电和配电系统都采用了智能 ４结语 础 监测与智能控制，即时监测项目的能耗情况，便于建筑能耗的 处 管理。 本课题对冬冷夏热地区建筑节能能效方面的具体案例进 理 ②加强绿色能源的利用。本项目利用了绿色能源使整个建 行研究分析，通过对项目的评价分析了建筑节能在决策设计阶 筑的节能１２％，，超过国家规定的１０％，因此取得了良好的节能 段、建筑施工阶段和运营阶段对建筑节能的影响，重点要加强 效果。 建筑设计阶段和运行阶段的管理。按照国家的节能标准进行设 ３．２存在问题 计，特别重视围护结构的节能设计。此外，要加强运行阶段的管 ３．２．１决策阶段预测不够准确 理，提高物业管理人员的素质，对建筑节能设备进行日常维护， 决策阶段只考虑节能的理想效果，在实际实施的过程中差 进一步提高建筑节能的效果。 别较大，达不到理想状态的要求，因此在决策时要尽量考虑项 目实施过程中的实际情况，这样才能较为准确地进行决策。 ３．２．２设计阶段部分设计不合理 参考文献 在设计门、窗、遮阳板等围护结构时，还没有注意传热系数 ［１１１ Ｌｉｕ Ｙａｈ，Ｇａｏ Ｙｉ ｌｉｎ．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ『Ｊ］．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ 的，导致热量散失较快影响了建筑物的节能效果。 Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ，２ｏ０４￣． ３．２．３施工阶段施工过程能耗较高 【２】Ｗａｎｇ Ｘｉｎ－ｇａｎｇ，Ｍａ Ｂａｏ－ｇｕｏ，Ｗａｎｇ Ｋａｉ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，２００５ 在项目的施工阶段节能材料的浪费较为严重，没有对节能 （１２）． 材料的使用进行严格控制，导致建筑施工过程节能材料能耗较 【３】Ｌｉ Ｆｅｎｇ．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ叨．Ｅｘｐｌｏｉｔ ｏｆ 高。 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，２ｏｏ４（１ｏ）． ３．２．４运营管理阶段 『４】Ｚｈａｏ Ｇｕａｎｑｕｎ，Ｌｅｉ Ｙｕｎｘｉａ．Ａｍｅｒｉｃａｎ ｎｅｗ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｗａｌｌ ｂｏｄｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ①部分办公人员节能意识不强。通过实地调查发现部分办 ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ［Ｊ】．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏ Ｌｉａｏｎｉｎｇ，２００３（３）． 公人员的节能意识有待提高，下班不关电脑、电灯，天气不热仍 【５】Ｃｈｕｎｇ Ｗｉｌｌｉａｍ，Ｈｕｉ Ｙ．Ｖ．，Ｍｉｕ Ｌａｉｎ Ｙ—Ｂｅｎｃｈｍａｘｋｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ 然把空调打开，冬天取暖用电热器，白天上班电灯一直开。节能 ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｃｏｍｍｅｒｃｉｌａ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ，２００６（３）． 意识的欠缺使得建筑物的能耗较高。 【６】李永富．冬冷夏热地区办公建筑设计方法研究［Ｊ］．科技科技创业月 刊，２００９（１ １）． 安 ②物业管理水平较低。通过调查发现物业管理仍然停留在 比较低的水平，只注重日常使用机器设备的维护和管理，不能 【７】付祥钊．中国夏热冬冷地区建筑节能技术【Ｊ】．新型建筑材料，２０００ 徽 对节能设备很好地进行维护，一些节能设备不能较好地进行利 （１１）． 用。 【８】王建辉．夏热冬冷地区居住建筑节能技术适用性分析［Ｊ］．建筑能耗 建 ３．３对策建议 分析，２００９（１ １）． 筑 ［９１彭鹏．夏热冬冷地区建筑节能的技术策略［Ｊ１．环保与节能，２００９ ①从项目的评价结果可以看出设计阶段的得分较低。但设 （１１）． Ｉ固ｍ 计阶段又是非常重要的一个阶段，设计的欠缺会导致建筑物的 【１ ｏ］孙宝梁厦热冬冷地区建筑节能应对策略［Ｊ］．住宅科技技，２００９ 节能效果非常差，本工程在围护结构传热系数的设计方面，仅 （１１）．
