钉型水泥土双向搅拌桩施工技术在梅龙三站基础处理工程中的应用

钉型水泥土双向搅拌桩施工技术在梅龙三站基础处理工程中的应用

汪雪来

汪雪来

（安徽江南水务有限公司安徽池州247000）

摘要：本文结合钉型水泥土双向搅拌桩施工技术在梅龙三站基础处理工程中的应用实践，对钉型水泥土双向搅拌桩施工工序、过程控制、桩身质量检验方法等方面进行了详细的阐述。

关键词：钉型水泥土双向搅拌桩；应用；施工控制；质量检验

一、工程概况

安徽省江南产业集中区梅龙三站工程位于贵池区大同圩九华河堤内侧，距九华河入长江出口约5km。该工程主要由进水渠道、排涝进水闸（拦污闸）、排涝前池、泵房、压力水箱、排涝出水涵、变电所和输电线路等组成。工程等级为Ⅱ等大（2）型工程，设计抽排流量53.5m3/s，总装机容量5950KW。该工程于2011年8月开工建设，2013年6月通过单位工程投入使用验收，当年发挥效益。

站址处于长江及其支流九华河冲积平原区，地貌单元为九华河河流地貌。本工程进水闸及翼墙、前池翼墙、汇水箱、和出水箱涵等部位的持力层处于全新统（Q4al）2层淤泥质重粉质壤土上，或2-1层细中砂~粗砂中。2层强度低，可能造成基础沉降量过大，2-1层松散，透水性强,《地质报告》推荐的天然地基承载力为60kPa，地基采用钉形水泥土双向搅拌桩加固处理，共完成钉形水泥土双向搅拌桩1754根，长度18034m.

二、钉形水泥双向深层搅拌桩概述

采用钉形水泥土双向搅拌桩进行软基加固，这是一种在常规水泥土搅拌桩基础上加以改进后形成的新型地基加固处理方法。钉形水泥土双向搅拌桩将水泥土搅拌桩成桩机械的钻杆改进为同心双轴钻杆，即内钻杆上安装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，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。通过同轴双向转动的转杆以及可自动伸缩的叶片，沿深度方向将软土与固化剂（水泥浆，可掺入一定量的外加剂）就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土复合地基。

三、钉形水泥土双向搅拌桩设计指标

1、本工程对进水闸及翼墙、压力水箱、前池翼墙、穿堤涵洞及翼墙区采用钉形水泥土双向搅拌桩加固，共1754根桩，总桩长约18034米。

2、钉形水泥土双向搅拌桩正三角形布置，进水闸及翼墙、压力水箱部桩径1000/500mm（即扩大头直径1000mm，下部桩径500mm），前池翼墙、穿堤涵洞及翼墙部桩径1200/600mm（即扩大头直径1200mm，下部桩径600mm），桩间距均为1.8m，扩大头高度3～4m，桩长7～13m。

3、设计水泥采用P.o42.5级普通硅酸盐水泥，设计掺灰量为被加固土体质量的18%。

4.本工程钉形水泥土双向搅拌桩特性表

四、施工过程

1、施工准备

（1）、机械选型：本标段搅拌桩桩长为7～13m，选用DM-3型钉形水泥土双向搅拌桩机能够满足施工需求，灰浆拌和机JW180、输浆泵BW200-4、深度记录仪等。

（2）设备控制措施

（a）所有进场的机械设备都达到Ⅱ类机械设备的要求，并且状况良好，性能优良。

(b)）所有机械设备的操作司机做到持证上岗，严格按机械操作规程操作。

2、施工参数

本工程在进水闸左岸翼墙处进行了六根水泥桩工艺性试桩，根据工艺试桩的取芯检测结果，本工程钉型水泥土双向搅拌桩施工参数如下：

3、技术要求

(1)水泥采用P.o42.5级普通硅酸盐水泥，掺灰量不小于被加固湿土质量的18%。

(2)喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的检测仪器进行自动记录，处于检定有效期内。

(3)双向搅拌桩机械参数：下沉速度0.8m/min;提升速度0.8m/min;内钻杆转速50r/min；外钻杆转速70r/min；下沉时喷浆压力0.25MPa。

(4)双向搅拌桩机械叶片宽度80～100mm；叶片厚度25～40mm；叶片倾角10～20度。

4、工艺流程

水泥土双向搅拌桩底部采用二搅一喷，扩大头采用四搅三喷的施工工艺:

(1)搅拌桩定位：搅拌机到制定桩位并对中；

(2)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；

(3)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；

(4)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；

(5)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，直到设计桩顶标高以上50cm；

(6)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；

(7)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，直到设计桩顶标高以上50cm。

（8)完成单桩施工：关闭搅拌机械，桩机移位准备施工下一根桩。

五、质量控制

１、严格控制钻机下钻深度、喷浆高程及停浆面，确保喷浆长度和水泥浆液喷入量达到设计要求。如因意外原因断浆，必须以最小的时间（3小时以内）补喷，重叠复喷50cm以上，超过3小时按照规定重新补打一根桩。确保全桩的水泥用量，每米用浆量误差不大于5%。

2、施工准备阶段，对原材料质量、计量设备、搅拌叶片的伸展直径和机械性能进行检查。

3、施工时保持搅拌桩机底盘水平和导向架垂直，搅拌桩的垂直度偏差不大于1.5%，桩位偏差不大于50mm。

4、施工过程中检查水泥浆比重、搅拌机提升和下沉速度以及钻机最后30s的电流和钻进速度等。

5、单桩施工结束后，对桩位偏差、桩径、单桩水泥用量以及单桩施工时间进行检查。桩径、扩大桩头高度及单桩水泥用量不少于设计值，单台桩机一昼夜打桩长度不超过500m。

6、连续施工：为保证搅拌桩质量，提高工作效率，保证24小时连续作业，因故停工1小时以上，需进行全面清洗，以防止水泥在设备管路中结块影响施工。

六、质量检验

1、钉形水泥土双向搅拌桩成桩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。

2、钉形水泥土双向搅拌桩成桩28天后进行标准贯入试验和取芯进行室内无侧限抗压强度测试。为保证试块尺寸，钻孔直径不小于108mm。对钉形水泥土双向搅拌桩扩大头部分宜在小直径桩外取芯，下部桩宜在圆心外0.125m处取芯，通过芯样对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等综合评价。

3、本工程钉形水泥土双向搅拌桩在进水闸及翼墙、压力水箱处要求单桩承载力不小于200KN，复合地基承载力不小于100KPa；在前池翼墙、压力水箱及翼墙处要求单桩承载力不小于350KN，复合地基承载力不小于150KPa；

4、载荷试验必须在桩身强度满足荷载试验条件，并宜在成桩28天后进行。

5、钉形水泥土搅拌桩静载荷试验结论

①试桩静载荷试验：试桩33#（18%水泥掺量）桩抗压桩承载力特征值不小于350kN，试桩22#（19%水泥掺量）桩抗压桩承载力特征值不小于200KN，试桩43#（17%水泥掺量）桩抗压承载力特征值不满足350KN，但满足200KN设计要求。

②单桩静载荷试验：该工程187#、210#、230#、855#四根单桩抗压承载力特征值均不小于200KN，516#、523#、1416#、1418#、1439#五根单桩抗压承载力特征值均不小于350KN。

③复合地基静载荷试验：该工程188#、249#、857#、884#试验点复合地基承载力特征值均不小于100kpa，530#、537#试验点复合地基承载力特征值均不小于150kpa。

结语

梅龙三站钉形水泥土双向搅拌桩施工在工程实施过程中遇到了很多困难，但通过一系列措施，问题都得到了较好的解决，该工程的顺利实施，提高了对钉形水泥土双向搅拌桩搅拌桩工艺的认识，为以后类似工程施工积累了宝贵的经验。