丁形双向搅拌桩施工在上海的应用.docx
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丁形双向搅拌桩施工在上海的应用
丁形扩大头双向搅拌桩施工在上海的应用
【交通工程咨询监理有限公司210004】兵
摘要:
区别于常规水泥土搅拌桩的四搅两喷工艺，丁形水泥土双向搅拌桩采用了两搅一喷工艺，使得水泥土的拌和更加均匀、避免了水泥浆的上冒保证了水泥掺入量、减少了对周围土体的施工扰动和影响围，有利于桩身整体质量的提高。
本文主要介绍了A15公路浦东段12标新河桥头丁形水泥土双向搅拌桩的施工工艺，质量控制措施以及施工过程中出现的问题和采取的措施等。
关键词:
丁形水泥土双向搅拌桩；施工工艺；质量控制
一、丁形水泥土双向搅拌桩工程概况
软土地基的处理方法有多种，其中水泥土搅拌桩技术在最近几十年得到广泛应用。
水泥土搅拌桩法具有施工简单、快速、基本不振动等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制复合地基沉降。
但我国的大量工程实践表明，在水泥土搅拌桩应用过程中发生了不少工程问题,针对这些问题，由东南大学等相关单位在充分研究水泥土搅拌桩的加固机理和影响水泥土搅拌桩成桩质量因素的基础上，发明了丁形水泥土双向搅拌桩的新技术，其中在杭甬高速、申嘉湖高速公路、204国道扩建工程中得到了成功应用。
区别于常规水泥土搅拌桩的四搅两喷工艺，丁形水泥土双向搅拌桩采用了两搅一喷工艺（扩大头四搅两喷），从工作机理上分析，上下两套旋转叶片的转动搅拌作用使得水泥土的拌和更加均匀、避免了水泥浆的上冒保证了水泥掺入量、减少了对周围土体的施工扰动和影响围，有利于桩身整体质量的提高。
推广应用水泥土双向搅拌桩，不仅可以保证水泥土搅拌桩的施工质量，避免出现工程质量问题，还可较大幅度地加大水泥土搅拌桩的间距，节约投资，具有一定的经济和社会效益。
本次在A15公路（浦东段）新建工程12标新河东桥头采用丁形水泥土双向搅拌桩施工，在桩体施工完成后14天或28天对桩身水泥土进行标准贯入、无侧限抗压强度试验和微观结构分析，研究现场条件下桩体强度变化规律，通过对比试验，分析双向水泥土搅拌桩与常规搅拌桩桩身质量。
试验段沿线多为20m左右的深厚软土地基，对钉形水泥土双向搅拌桩复合地基的承载力、沉降变形特性提出了较高的要求。
通过静载荷试验，得到钉形水泥土双向搅拌桩的单桩及复合地基承载力，以验证其承载性能；通过在试验区布置沉降监测断面，以研究该搅拌桩的减沉作用。
其相关设计数据如下：
设计要求：
1）
基础形式
复合地基
2）
桩型
深层搅拌桩
3）
桩截面尺寸*
普通桩为Ф700；钉形桩下部Ф700，上部扩大头Ф1000（长度分4m、6m、8m三种）
4）
设计桩长
20m
5）
置换率
0.056（Ф700）、0.116（扩大头Ф1000，为2.8m正三角形布桩）
6）
桩顶标高（吴淞高程）
+3.890m
7）
水泥掺入量
桩径700mm的桩体水泥掺入量为100kg/m；扩大头部分桩径1000mm时，水泥掺入量为200kg/m。
8）
水泥土28天抗压强度
深度5m、5m~10m、10m~15m、15m~20m抗压强度分别不小于0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa（标准值）
9）
单桩极限承载力标准值
500kN（普通）、800kN（扩大头）
10）
复合地基承载力特征值
150kPa
11）
总桩数
87根（其中：
Ф700普通1根，4m扩大头2根，6m扩大头82根，8m扩大头2根）
其中扩大头长度6m为标准桩，其余形式为试验桩，主要采集对比数据验证标准段设计情况。
二、丁形水泥土双向搅拌桩施工工艺
1、机械配备和布置
由于目前专门用于丁形水泥土双向搅拌桩的机械设备在施工现场应用的并不多，更多的是使用原单向搅拌桩机进行改装而成的，其搅拌头主要形式见下图：
改装后的搅拌头（含扩大头）
其余施工设备基本与单向水泥土搅拌桩施工相同，搅拌施工时现场还包括水泥存储，水泥浆搅拌池、水泥浆存储池（泵送）、双向水泥搅拌施工机械，新河东桥头现场施工配备机械如下表：
设备名称
规格型号
单位
数量
额定功率（kw）
技术
状况
用途
搅拌桩机
DM-2
台
1
完好
灰浆桶
0.7M3
个
2
完好
拌制浆液
存浆桶
2M3
2
完好
临时装浆
注浆泵
UBJ-2
台
2
3
完好
输送浆液
空压机
0.6-0.9
台
1
/
完好
2、试桩
为了更科学的指导施工，获取最适合场地地质条件的施工参数，严格控制丁形水泥土双向搅拌桩的施工质量，在施工前，必须进行现场工艺性试桩，主要确定以下一些性能：
A、试验所确定的配合比、水灰比是否合适；同时合理选择喷浆口的位置及大小（供参考的喷嘴口的位置在叶片的2/3处，喷浆口大小按现场测定）；
B、掌握下钻、提升的困难程度，确定下钻、提升速度；
C、掌握钻头进入硬土层电流变化情况；
D、确定水泥浆液密度；
E、确定合适的输浆泵的输浆量；
F、掌握水泥浆到达喷浆口的时间、搅拌机提升、下沉、复搅提升速度等参数。
G、验证钻头叶片的角度设置；
H、验证成桩的均匀度及桩径大小。
试桩的根数和地点根据施工设计图和设计交底确定，试桩的施工技术参数应满足下表要求：
序号
技术名称
技术参数
1
钻进速度
≤0.7m/min
2
提升速度
≤1.0m/min
3
钻进时喷浆压力
0.25～0.4Mpa
4
叶片间距
250mm（若粘性土的Ip过大，可适当增加间距）
5
叶片宽度
120mm
6
叶片厚度
30mm
7
叶片倾角
12°
试桩后，结合实际情况，可适当调整施工技术参数。
试桩的位置可以直接选取在软基处理围以，当地质资料情况不明或者比较复杂的情况下，同一工程地质条件下试桩数量将不少于3根，具体试桩位置和数量应在施工前与设计、监理协商确定。
3、施工前准备工作
A、根据施工图纸上的桩位平面图，确定施工顺序及配套机械、水泥等材料的堆放位置。
B、水泥土搅拌桩桩基施工前，还需在施工现场搭建水泥浆拌浆施工平台，并在平台附近搭建水泥库，做好计量设备标定和拌浆工作人员的交底工作，在开机钻进前按设计水泥浆参数进行浆液拌制。
已A15-12标为例，水灰比为0.55～0.6，桩径为700cm的水泥浆掺灰量按照每米100kg进行，其扮制水泥浆比重约为1.71，现场即可采用比重计和磅秤进行控制。
C、根据提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作。
同时根据水泥土搅拌桩布置要素，在布置围进行布点，做成CAD图纸报送监理以后，待监理认可方可进行软基处理桩基施工。
5、丁形水泥土搅拌施工
钉形搅拌桩准备措施和普通水泥土双向搅拌桩施工相同，但是在机械上和施工流程上与后者有所不同。
A、搅拌机就位：
搅拌机到指定桩位并对中；
B、喷浆下沉：
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（外钻杆逆时针旋转，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、外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到下部桩体直径；喷浆切土下沉：
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：
改变外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展至扩大头直径；提升钻杆，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上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、反向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm，完成单桩施工。
三、丁形水泥土双向搅拌桩施工检测
一般水泥土双向搅拌桩路基处理试验检测主要有以下方式：
A、现场取芯和标准贯入试验
该试验主要是用于分析钉形水泥土搅拌桩桩身水泥土强度、桩身水泥土微观结构。
在龄期14天或28天时，对施工桩体进行标准贯入试验和现场取芯。
所取得的芯样进行室无侧限抗压强度试验和电阻率测试。
其中，无侧限抗压强度试验主要是考察桩身水泥土强度；电阻率测试则是从电阻率的角度来阐述桩身水泥土微观结构的变化趋势。
室土工试验具体参照《公路工程土工试验规程》（JTJ051-93）、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（TJGE30-2005）等规。
钻孔取芯和标准贯入试验参考《粉体搅拌桩加固软弱土层技术规》（TB10113-95）、《软土地基搅拌桩加固法技术规》（YBJ225-91）、《公路工程地质勘察规》（JTJ064-98）等相关规规定。
A15-12标双向搅拌桩桩身设计无侧限抗压强度为：
深度5m以，R28≥0.8MPa、标贯击数≥21击；深度5～10m，R28≥0.7MPa、标贯击数≥18击；深度10～15m，R28≥0.6MPa、标贯击数≥15击；深度15～20m，R28≥0.5MPa、标贯击数≥12击。
测试围以单桥头计。
标段双向搅拌桩检测也主要以该项为主。
B、载荷试验
该试验主要是用于分析钉形水泥土搅拌桩单桩承载特性及单桩复合地基承载特性。
成桩28天龄期后，对试验桩进行单桩静载试验和单桩复合地基荷载试验。
目前采用的标准是中华人民国行业标准《建筑基桩检测技术规》JGJ106-2003；中华人民国行业标准《建筑地基处理技术规》JGJ79-2002。
四、双向水泥土搅拌桩质量控制措施
1、垂直度。
施工前对搅拌桩机进行复核，要求搅拌杆的垂直偏差不得超过1%，桩机与桩位的对中误差不得大于2cm。
每根桩施工时，根据导向架的吊锤偏移用米尺测定搅拌轴垂直度，间接测定桩身垂直度，要求桩身垂直度偏差不超过1%，施工前用经纬仪校正机架，施工过程中保证机架垂直，若垂直度超过允许，则及时纠偏；为确保桩径不小于设计要求，采用钻头直径较设计要求大50mm。
2、水泥浆和水泥浆掺入量。
此次施工水泥掺量主要有以下几个指标，桩径0.7m时的水泥掺量为100KG/m，扩大桩头桩径1m，水泥掺量200KG/m，0.9m时的水泥掺量为175KG/m，水泥土室试验28天无侧限抗压强度为：
R28≥1.0MPa。
制备好的浆液不得离析，当气温在10℃以上时停置时间超过3小时或当气温在10℃以下时停置时间超过5小时时均应按废浆处理。
3、施工深度。
本工程搅拌桩桩长为12～20m，严格按施工图纸要求控制下钻深度、喷浆面及停浆面，确保桩深达到设计要求。
4、水灰比。
根据本次水泥搅拌桩的设计交底，水灰比初步定为0.6，制浆时，水灰比严格按规定执行，记录所加水、灰及总浆量，使用前应用比重计测量浆液比重。
5、严格控制喷浆、下沉或提升、搅拌速度，使三者协调。
主机手和输浆员应相互配合，保证浆液泵送连续，用量有计量（浆量-深度记录仪），并有专人记录。
6、在成桩过程中应对水泥土取样，制成标准试块。
取样数量为每台班每机架一组，每组6块。
成桩7d，应进行挖桩头检验，观察桩体成型情况及搅拌均匀程度，检查频率为0.5%，开挖深度不小于1.5m，如发现凝体不良情况等，应报废补桩。
量测成桩直径及桩距、桩中心偏位，桩距及桩中心偏位可通过开挖一条线上至少5根桩来测量。
水泥搅拌桩质量检验要求
项次
检查项目
单位
允许偏差
检查方法和频率
1
桩距
cm
±15
抽查2%
2
桩长
m
不小于设计
查施工记录
3
桩径
mm
不小于设计
抽查2%
4
垂直度
%
<1.5
查施工记录
5
单桩喷浆量
%
不小于设计
查施工记录
6
桩体强度
MPa
不小于设计
抽查5%
五、A15-12标双向搅拌桩施工时发生的问题及解决措施
1、堵管
对常规双向搅拌桩和丁形桩施工均发生，主要由于初期外管之间采用耐高温PVC管做中管，当外管摩擦时使中管融化造成堵管，解决措施是将PVC管改成金属管，部分机械取消了中管，但是造成机械影响目前不明。
2、切土困难
主要发生在新河东桥头扩大头部分原地面以下2～3m部位，分析原因主要可能有以下几个方面：
地质条件显示在该部位存在含砂粘土层，对搅拌头下搅产生阻力；
搅拌头双层叶片使下搅阻力增大；
电机功率不足。
针对以上原因，由于更换电机的条件已经不满足，因此首先是在下搅到该部位时放缓下搅速度，使周围土体切碎充分；其次就是改变施工流程，将扩大头的四搅两喷增加为六搅三喷，增加水泥土搅拌次数，避免由于下搅不正常造成喷浆不均匀。
但是不管是何种措施均需操作人员时刻注意电流量的变化，一旦电流量突然放大，即需控制卷扬机放慢下搅速度，但是绝对不能停止搅拌头转动。
六、结论
根据现场试验情况、实测数据和曲线图综合分析得出：
1.单桩竖向抗压极限承载力
试点号
桩号
基桩规格
极限承载力
1#
3#
上部Ф1000×4m
下部Ф700×16m
640kN
2#
E19#
上部Ф1000×6m
下部Ф700×14m
800kN
3#
2#
Ф700×20m
350kN
4#
E17#
上部Ф1000×8m
下部Ф700×12m
930kN
2.复合地基承载力特征值
试点号
桩号
基桩规格
承载力特征值
1#
1#
上部Ф1000×4m
下部Ф700×16m
132kPa
2#
2#
Ф700×20m
118kPa
3#
G15#
上部Ф1000×6m
下部Ф700×14m
102kPa
4#
G17#
上部Ф1000×8m
下部Ф700×12m
112kPa
根据目前设计要求，新河东桥头目前丁形双向搅拌桩均满足要求，但是具体施工时可能与的地质条件存在差别，施工时土层阻力变化较大，对施工人员要求较高，同时对于后期台后沉降情况将有待沉降观测结果。
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