钉形水泥土双向搅拌桩在梅龙三站工程软基处理中的应用

纪少应

一、工程概况

梅龙三站工程位于安徽省江南产业集中区梅龙镇九华河堤内侧，距九华河入长江出口约5km。总装机容量5950kW，共安装8台立式潜水泵，其中2台425kW、6台850kW。设计排涝模数 3.3m3/s/km2，设计抽排流量53.5m3/s。进水池设计水位5.2m，出水池设计水位12.78m，设计净扬程为7.58m。设计自排标准为20年一遇，设计自排流量为14m3/s。梅龙三站工程等级Ⅱ等，大（2）型工程，概算批复总投资10971.72万元。

二、工程地质

钻探表明站址区的地层，一般上部为全新统（Q4al）沉积的粘性土、淤泥质土和砂性土，时代较新，强度较低；下部为上更新统（Q2～3al）冲洪积粘性土、砂砾石，土体致密，强度较高；下伏基岩为第三系（R）的半固结砂岩。

三、软基处理方案

1.地基处理设计

该工程进水闸及翼墙、压力水箱、前池翼墙、穿堤涵洞及翼墙等建筑物均坐落于2层淤泥质重粉质壤土上，《地质报告》推荐的天然地基承载力为60kPa，上述建筑物的基底应力为69.3～71.5kPa，近站身段前池翼墙挡土高度为8.3m，最大基底应力153.4kPa，均大于天然地基承载能力，地基需加固。经综合分析，采用钉形水泥土双向搅拌桩进行软基加固处理。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，可以克服常规水泥土搅拌桩存在的以下不足：①水泥土在垂直方向和水平方向都难以搅拌均匀；②在土压力、孔隙水压力、喷浆压力的相互作用下，水泥浆沿钻杆上行，普遍存在地面冒浆现象，影响地基水泥浆掺入量。

2.桩位布置

（1）该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，共布置1754根桩，总桩长18034m。

（2）钉形水泥土双向搅拌桩按正三角形布置（见图1），进水闸及翼墙、压力水箱部位桩径1000/500mm（即扩大头直径1000mm，下部桩径500mm），前池翼墙、穿堤涵洞及翼墙部位桩径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（见图 2）。

图1 钉形水泥土双向搅拌桩平面布置图

图2 钉形水泥土双向搅拌桩构造图

（3）钉形水泥土双向搅拌桩特性。该工程钉形水泥土双向搅拌桩特性见表1。

表1 钉形水泥土双向搅拌桩特性表

四、施工方法

1.机械选型

该工程钉形水泥土双向搅拌桩桩长为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。其他机械和仪器有灰浆拌和机JW180、输浆泵BW200-4、深度记录仪等。

2.工艺流程

钉形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。

3.施工中常见故障及处理方法

（1）搅拌下搅困难，电流值偏高。产生原因：电压偏低、土质硬阻力太大、遇到大石块或树根等。处理方法：调升电压，适量加水，开挖排除。

（2）钻头钻不到设计深度但电流值偏低。产生原因：钉形双向水泥土搅拌桩桩机自重不够。处理方法：增加喷粉机自重原位重新补打。

（3）软管堵塞。产生原因：软管内有水泥结块、遇到厚砂层。处理方法：拆洗软管，提升钻杆或全部提升钻杆后再打。

（4）喷灰提升未到设计顶高程，灰已排空。产生原因：电子称不准、胶管漏灰。处理方法：修复电子称、检查胶管、修复重新核定重量、增加灰量。

（5）钻进中塔架摆动严重、钻杆倾斜。产生原因：下钻速度过快、支撑液压系统漏油、遇到石块等障碍。处理方法：降低钻进速度、提起修复后重新再打、开挖清除。

（6）送粉困难、出现堵粉。产生原因：气压不够、钻头堵塞、管道堵塞。处理方法：加大送粉压力，提升钻头，疏通后重新再打，逐个检查钻头和管道后重新再打。

4.质量控制

（1）原材料的质量控制。

水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。水泥检验：每批水泥进场时，附有厂家的质检报告，对每批水泥进行取样检验。袋装水泥检验取样以200～400t同品种、同批号、同批次水泥作为一个取样单位，不足200t的作为一个取样单位。散装水泥500t为一检验批次，不足500t的作为一个检验批次。检测的项目执行规范要求。

（2）计量设备控制。

喷浆量及搅拌深度采用经国家法定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）施工过程中质量控制。

a.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（3h以内）补喷，重叠复喷50cm以上，超过3h按照规定重新补打一根桩。确保全桩的水泥用量，每米用浆量误差不得大于5%。

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

c.施工时应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得大于1.5%，桩位偏差不得大于50mm。

d.施工过程中应检查水泥浆比重、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。

e.单桩施工结束后，应对桩位偏差、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得少于设计值，要求单台桩机一昼夜打桩长度不超过500m。

f.连续施工：为保证搅拌桩质量，提高工作效率，应保证24h连续作业，如因故停工1h以上，必须进行全面清洗，以防止水泥在设备管路中结块影响施工。

g.搅拌机钻头到达设计深度后，在桩端应就地持续喷浆搅拌10s以上。

h.施工时因故停浆，恢复供浆时应在断浆面上下重复搭接0.5m喷浆搅拌施工，因故停机超过3h时，拆卸输浆管路，清洗干净，并在原位旁边补桩。

i.钉形水泥土双向搅拌桩施工完成后28d内不得有任何机械在上面行走。

j.桩顶处理：在桩顶1.5～2.0m的范围内进行二次喷浆搅拌，并人工修整。

五、质量检测

1.外观质量情况

该工程钉形水泥土双向搅拌桩成桩7d后进行了浅部开挖检查外观，经检查桩身直径满足设计和规范要求，成桩情况良好、桩体搅拌均匀。

2.第三方检测情况

该工程钉形水泥土双向搅拌桩成桩28d后经第三方检测单位——安徽省建筑工程质量监督检测中心站进场进行了单桩竖向抗压静载荷试验及单桩复合地基静载荷试验，检测结果为各项指标均满足设计要求。

（1）钉形水泥土双向搅拌桩成桩28d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，均满足设计要求。

（2）该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；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。上述部位成桩28d后，经检测，均满足设计要求。

六、注意事项

（1）喷嘴堵塞是水泥土搅拌桩的通病，除了要经常清洗输浆管道和喷嘴外，在喷嘴口设置止回阀可以有效防止泥土回压堵塞。

（2）钉形水泥土双向搅拌桩的双向搅拌作用能使水泥土搅拌更均匀，成桩效果更好。其上层叶片的同时方向旋转阻断了水泥浆上冒途径，解决了冒浆问题。由于其钻头缺少“犁口”，切土能力较差，硬土或少量的砖瓦块等建筑垃圾需要挖除。

（3）搅拌叶片在土压力作用下的张开与收缩使水泥土搅拌桩可以做成“钉形”，改善桩的受力承载效果。但是在“变径”的同时，土压力的作用也是突变的。遇到地下不可预知的硬物时，会发生“卡死”、叶片损坏或其他部件损坏。

（4）定期检查钻头，控制钻头直径误差在－1～+3cm之间。

（5）合理安排施工顺序，以利于整体的成桩质量和软基处理效果。

七、结语与体会

钉形水泥土双向搅拌桩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，适用于软土地基处理，效果显著，处理后可很快投入使用。与常规的水泥土搅拌桩施工相比较，钉形水泥土双向搅拌桩成桩质量有保证，软基处理效果有较大提高。钉形水泥土搅拌桩间距比常规搅拌桩大，软基处理总成本有所下降，且缩短了软基处理施工工期，因此在类似排涝泵站工程软基处理中具有推广价值■