水泥土双向搅拌桩在高速公路软基加固中的应用研究

孟建玮

【摘要】软基处理中复合地基技术已有大量应用研究，技术不同适应的条件也有所不同。现阶段水泥土搅拌桩复合地基为公路软基病害处理的最常见方式，在软土地基处理中常规水泥土搅拌桩往往产生诸多问题，为此在高速公路软基加固中可选取水泥土双向搅拌桩进行施工。本文在深入分析双向搅拌桩概况的基础上，通过具体工程案例，对高速公路软基加固中水泥土双向搅拌桩施工工艺进行了分析与探究。

【关键词】水泥土双向搅拌桩；高速公路；软基加固

伴随改革开放的不断深化，我国基础设施建设投资不断加大，大量高速公路、铁路等建成，且投入使用。全国高速公路2005年底通车里程已达到41005公里，2015年我国高速公路总里程已达到10.8万公里，且20万人口以上的城镇覆盖率已超过90%。在我国高速公路里程迅速增多的同时，其施工技术问题也得到了人们的广泛关注。水泥土双向搅拌桩在高速公路软基加固中的广泛应用，可全面提升工程施工质量，降低软基病害。

一、双向搅拌桩的概况

双向水泥土搅拌桩是指水泥土搅拌桩成桩环节，通过动力系统带动在内外同心钻杆上分别安装的两组搅拌叶片，对水泥土进行正反向旋转搅拌形成的水泥土搅拌桩，此装置改进了传统水泥土搅拌桩机械的动力传动系统、钻杆等，选取同心双轴钻杆，将旋转搅拌叶片（正向）安设到内钻杆上，且进行喷浆口设置，同时将旋转搅拌叶片（反向）设置到外钻杆内，利用外钻杆叶片旋转（反向）施工产生的压浆作业和两个方向旋转叶片一起对水泥土进行双向搅拌，以此对水泥浮浆现象有效杜绝，在两组叶片间有效控制水泥将，在桩体内均匀洒布水泥浆，并确保能够均匀搅拌，成桩质量如图1所示。水泥土双向搅拌桩作为一种新型地基处理技术，其主要对饱和软粘土地基进行加固。其固化剂为水泥，利用特制搅拌机械对软土同时实施钻进、喷浆作业，在地基深处强制搅拌软土与固化剂，通过固化剂与软土相互作用，形成高于天然土的抗压强度，且水泥加固体具备良好的水稳性、整体性，此类水泥土搅拌桩结合桩周土形成复合地基，进而对地基承载力进行全面提升，并降低地基沉降量。

图1 双向水泥土搅拌桩机钻头

二、工程案例

某高速公路工程选取水泥土双向搅拌桩加固软土地基，以正三角形进行桩位布设，1000mm为扩大头直径，500mm为下部桩径，桩与桩之间的距离分别为2m、2.2m、2.4m，扩大头分别具有4m、5m及6m三种高度，6到13m为其桩长范围。选取32.5机普通硅酸盐水泥进行软基加固施工，相比加固土体质量，设计掺灰量需控制到其1/10左右，0.5为最大水泥将水灰比，将每米双向50KN土工格栅需填筑碎石垫层（30cm厚度），且安设到桩顶位置。

三、高速公路软基加固水泥土双向搅拌桩施工工艺

为满足社会经济发展需求，必须做好公路工程基础建设工作。水泥土双向搅拌桩施工作为高速公路软基加固工程施工的重要技术之一，为全面提升工程安全性与质量，需严格遵循施工案例实际情况，确定水泥土双向搅拌桩施工方案，做好施工准备，确定达到规范施工流程，提高质量控制水平，且满足交通现代化建设需求及路线规划要求的目的。

1、施工准备。（1）现场准备。排水疏干水电地段后，需将地表表层种植土彻底去除，地表植物根系层为旱地、荒地部位挖除深度，且做好回填土施工。取样复查施工现场各类水质，如地表水、地下水等，施工水不得具有侵蚀性。施工前期必须做好施工现场保护工作，如邻近建筑、地表、地下管线等。在施工材料进场后，需进行相关质量检测，确保其合格性。（2）室内配比试验。室内配比试验可选取特殊性软土样品，对所有水泥土试块进行不同条件测定，如龄期、水泥掺加量、外加剂抗压强度等，以此保障与设计规定相符。必须此类施工7天龄期桩身无侧限抗压强度为0.8Mpa，2.4Mpa为其28天龄期无侧限抗压强度。（3）成桩工艺试验。现场桩试验可选取室内水泥土配比试验结果进行，一般需10根以上，以此确保其与设计工艺、参数指标相符。

2、施工流程。国民经济高速发展的今天，交通量增长迅猛，渠化交通显著，大型化车辆、重载、超载车辆增长幅度较大，进而严重影响了高速公路工程的质量。作为高速公路软土地基施工的重要技术，水泥土双向搅拌桩施工流程如图2所示。

图2 水泥土搅拌桩施工流程图

第一，定位搅拌桩：搅拌桩就位，确保其位置的准确性，要求与桩位对中；第二，喷浆下沉：搅拌机开启，沿导向架由搅拌机向下切土，其将送浆泵启动将水泥浆喷射到土体内，正反双向旋转2组叶片，进行土体切割、搅拌，搅拌机保持下沉状态，满足扩大头设计深度后即可停止下沉作业；第三，下部桩体施工：内外钻杆旋转方向改变，把搅拌叶片向桩体下部直径位置收缩，直至满足深度需求，桩端位置可保持10s以上喷浆搅拌状态；第四，提升搅拌：提升搅拌机、送浆泵关掉，同时正反双向旋转2组叶片对水泥土进行搅拌，确保其与扩大头地面标高相符；第五，伸展叶片：内外钻杆旋转方向变化，向扩大头径伸展搅拌叶片，且进行搅拌提升及钻杆提升工作，随后一起双向旋转2组叶片进行水泥土搅拌施工，确保其与地表设计规定相符；第六，切土下沉：沿导向架搅拌机向下实施切土作业，且将送浆泵一起启动，将水泥浆喷洒到土体内，双向旋转2组叶片，对土体进行切割、搅拌，搅拌机仍然保持下沉状态，在其满足扩大头深度规定后即可停止；第七，提升搅拌：送浆泵关掉，双向旋转2组叶片且对水泥土实施搅拌作业，确保其与地表高度相符后停止作业；第八，完成单桩施工：搅拌机械关掉，移位桩机，进行下一步施工。

3、质量控制。（1）质量控制。质量控制应贯穿于双向水泥搅拌桩施工整个过程，施工监理需全程监测。要求施工各个阶段必须对施工、计量等记录进行实时检查，且按照相关施工规定评定各桩质量，将水泥用量、桩长等作为重点检查内容。施工过程中，搅拌桩机底盘需垂直与导向架，1%以下为搅拌桩垂直度误差值，50mm为桩位偏差最大值。完成单桩施工后，需及时检查桩位偏差、桩径大小、水泥用量等，相比设计值，桩径、扩大桩头高度等略大一些，相比工艺试桩时间结果，单桩施工时间必须多出一点，24小时一台桩机打桩长度需控制在500m以内。为确保防渗质量，对工作效率有效提升，要求施工必须具备连续性，如故障性因素必须暂停施工，一般60分钟以上，都需做好全面清洗工作，避免设备管道内水泥硬结，对施工进度造成影响。（2）质量检验。选取浅部开挖方式双向水泥搅拌桩成桩7天后可对桩体成型现状、均匀搅拌程度进行认真观测，且能够对桩身直径进行检验，1%为检查频率，要求必须控制在3根以上。标准贯入试验、取芯可在双向水泥搅拌桩成桩28天后进行室内无侧限抗压强度测试。为确保试块尺寸满足施工要求，可选取108mm以上作为钻孔直径。桩数检验可进行总桩数2%进行任意抽取，要求在3根以上。在小直径桩外进行双向水泥搅拌桩扩大头位置取芯，在圆心外125mm位置进行下部桩取芯，利用芯样综合评价桩长、扩大头长度等。选取双向搅拌桩施工，其复合地基承载力必须控制在150kpa以上。在桩身强度与荷载试验需求相符后可实施载荷试验，相比总桩数，要求检验桩数必须控制在其2%左右，各项工程需设置3个点以上。

四、结束语

综上所述，伴随我国社会经济发展速度的不断提升，因设计、施工方法、施工材料选择等因素，公路病害问题较为严重。如何延长道路工程使用寿命、确保行车舒适度已经成为施工企业必须重视的问题。水泥土双向搅拌桩施工技术作为高速公路软基加固工程施工的重要技术之一，其技术水平的高低直接影响着工程建设的质量。将此技术广泛应用到软土地基加固施工中，不仅可以提升工程质量、增加使用年限，还能降低工程成本，达到工程建设经济效益最大化的目的。

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