釘型水泥土攪拌樁在軟弱路基處理中的應(yīng)用

張明++汪舟++李云虎

摘要：目前，軟土地基的處理方式有很多種，其中水泥土攪拌樁因其施工工法成熟、施工速度較快、復(fù)合地基承載力較高等優(yōu)點(diǎn)已作為一種常用的地基處理方式，但在應(yīng)用過程中仍出現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)為施工質(zhì)量不好控制、深部成樁效果差等，限制了它的應(yīng)用。此文分析了釘型攪拌樁加固軟土地基的工作原理，提出釘型樁施工工藝、質(zhì)量控制的注意事項(xiàng)，以沿海地區(qū)東西二路的深厚層軟基處理為例，對(duì)其應(yīng)用效果作了簡(jiǎn)要評(píng)述。

關(guān)鍵詞：釘型攪拌樁；軟基處理；擴(kuò)大頭效應(yīng)

中圖分類號(hào)： U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

水泥土攪拌樁作為一種常用的地基處理方式，越來越多地應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域，但在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)為施工質(zhì)量不好控制、深部成樁效果差等。釘型攪拌樁通過鉆頭、葉片及動(dòng)力箱體，優(yōu)化了工作方式，在攻克了常規(guī)水泥土攪拌樁的嚴(yán)重缺陷后，在江浙閩地區(qū)某些項(xiàng)目中應(yīng)用，取得了較好的處理效果。

1 釘型水泥土攪拌樁工作原理

釘形水泥土攪拌樁利用現(xiàn)有的常規(guī)水泥土攪拌樁成樁機(jī)械作為機(jī)架，或在沉管灌注樁機(jī)等通用設(shè)備上，配上專用的雙向攪拌樁動(dòng)力箱體設(shè)備與多功能鉆頭，采用同心雙軸鉆桿，通過內(nèi)外鉆桿上葉片的同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)形成樁體。在施工過程中，利用土體的主、被動(dòng)土壓力差，通過改變內(nèi)外鉆桿旋轉(zhuǎn)方向，使鉆頭上葉片打開或收縮，樁徑隨之變大或變小，形成釘形樁。由于擴(kuò)大頭的 “翼緣”效應(yīng)和環(huán)形對(duì)稱邊載效應(yīng)，可以保證地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)樁間距大幅增大，減少了單位面積范圍內(nèi)的根樁數(shù)，提高了地基處理速度。

2 樁體設(shè)計(jì)與計(jì)算

1）單樁承載力組成

單樁承載力主要由三部分組成：（1）樁周土體提供的樁側(cè)摩阻力；（2）擴(kuò)大頭“翼緣”下部土體對(duì)“翼緣”提供的支撐力；（3）樁端土體對(duì)樁體的支撐力。

2）復(fù)合地基承載力特征值

復(fù)合地基承載力一般可以由現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)直接測(cè)得，由理論公式方法計(jì)算復(fù)合地基承載力，目前主要有兩種計(jì)算模式，一種是將復(fù)合地基作為一個(gè)整體來考慮，另一種是先分別確定樁體和地基土的承載力，然后根據(jù)一定的原則，將兩者進(jìn)行疊加得到復(fù)合地基承載力。

3）樁徑比

擴(kuò)大頭樁徑與下部樁徑的比值稱為樁徑比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，樁徑比在1.8～2.4之間時(shí)是最經(jīng)濟(jì)，受力最合理的?根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)樁長小于12m時(shí)，采用500 mm樁徑；樁長在12～20m之間時(shí)，采用600mm樁徑，樁長大于20m時(shí)，采用700mm樁徑?且上下樁徑比（D/d）宜在1.8～2.4之間。

3 釘型水泥土攪拌樁施工及質(zhì)量控制

釘形水泥土雙向攪拌樁采用兩攪一噴施工工藝，其具體流程為：

1）攪拌機(jī)定位：平整場(chǎng)地，定位、放線，安裝打樁機(jī)，移至指定樁位并對(duì)中；

2）切土下沉：?jiǎn)?dòng)攪拌機(jī)，葉片伸展到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)直徑，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度，

3）改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，使葉片收縮至下部樁體設(shè)計(jì)直徑，直至設(shè)計(jì)深度，持續(xù)噴漿攪拌不少于20秒；

4）提升攪拌：攪拌機(jī)提升、關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直至擴(kuò)大頭底面；

5）改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，使葉片伸展至擴(kuò)大頭直徑，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直至地表，完成單樁施工。

釘型樁質(zhì)量主要通過如下手段進(jìn)行檢測(cè)：

1）淺部開挖：成樁7天后，采用淺部開挖樁頭，目測(cè)檢查攪拌的均勻性，檢查頻率為0.1%，且不少于3根。

2）輕便觸探：成樁3天后，可用輕型動(dòng)力觸探檢查每米樁身的均勻性，檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)為0.1%，且不少于3根。

3）樁身取芯：成樁28天后可進(jìn)行取芯試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)檢驗(yàn)樁身強(qiáng)度。檢驗(yàn)樁數(shù)為總樁數(shù)的0.5%，且不少于3根。

4）載荷試驗(yàn)；竣工驗(yàn)收時(shí)，地基承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)和單樁載荷試驗(yàn)，對(duì)大型的工程可選用2根以上的群樁進(jìn)行復(fù)合地基試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的0.1%-0.2%，且每項(xiàng)單體工程不應(yīng)小于3點(diǎn)。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

1）工程概況

泉州市東西二路為泉港南部城區(qū)規(guī)劃的城市主干道，雙向六車道，道路長1000m，紅線寬50m。路基范圍內(nèi)埋設(shè)有D800～D1600的雨水管道，D1400污水干管及給水、電力、電信管道。根據(jù)地勘鉆探資料，現(xiàn)狀路基下分布有9～12m深淤泥，因工期較緊，采用常規(guī)攪拌樁下部淤泥層中難以成樁，經(jīng)方案比選后決定采用釘型攪拌樁處理。

2）釘型樁設(shè)計(jì)

水泥攪拌樁宜選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，根據(jù)路面高程及行車荷載計(jì)算，要求路基復(fù)合地基承載力特征值≥130KPa，單樁豎向承載力特征值≥200KN。

經(jīng)計(jì)算，取擴(kuò)大頭長度3.0～4.0m，直徑1.0m，下部樁徑0.6m，長6.0～9.0m，樁體按正方形布置，間距2.0m。

水泥攪拌樁的水泥摻入量從現(xiàn)場(chǎng)取土根據(jù)設(shè)計(jì)要求的立方體抗壓強(qiáng)度平均值為1500KPa進(jìn)行試配確定，水泥的摻入量約為被加固土的16%。配漿水灰比為0.5，樁身強(qiáng)度無側(cè)限強(qiáng)度平均值≥1.2MPa，8m以下≥1.0MPa，擴(kuò)大頭部分采用4攪2噴工藝施工，下部樁體采用2攪1噴工藝施工。攪拌深度不大于12m時(shí)，漿泵的噴漿壓力為0.4～0.5 MPa，攪拌深度大于12m時(shí)噴漿壓力不小于0.6Mpa。

3）應(yīng)用效果

經(jīng)3個(gè)月施工期后，檢測(cè)單位按規(guī)范要求對(duì)樁體進(jìn)行單樁載荷和復(fù)合地基試驗(yàn)，受檢樁體均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在嚴(yán)格按照路堤填筑技術(shù)規(guī)范操作的情況下，路堤沉降趨于穩(wěn)定（沉降量< 0.2mm/天） 的時(shí)間為1～2 個(gè)月，其后的工后沉降一般在35mm以內(nèi)。與臨近相似工程相比，本工程采用釘型攪拌樁大幅節(jié)省了路基處理時(shí)間（比堆載預(yù)壓減少了8～10個(gè)月，比常規(guī)攪拌樁減少2月），復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求，通車2年多來，未發(fā)現(xiàn)路堤沉降，路面質(zhì)量保持良好，實(shí)踐證明，本工程應(yīng)用釘型攪拌樁達(dá)到了預(yù)期效果。

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作者簡(jiǎn)介：張 明 （1982-）， 漢， 男， 湖南長沙人，工程師， 主要從事市政道路設(shè)計(jì)、研究工作.

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