单轴双向水泥搅拌桩在软基处理中的应用

刘文博

摘 要：采用单轴双向水泥搅拌桩进行软基处理，只需两搅一喷或者四搅两喷即可满足现场质量要求，既节约成本，又可缩短工期，优质、高效地完成施工任务。结合某市政项目（EPC模式）双向搅拌桩处理软基工程为实例，详细介绍双向搅拌桩的施工技术和优点。

关键词：软基处理；单轴双向搅拌桩；施工技术

中图分类号：TU633                                     文獻标识码：A                            文章编号：2096-6903（2023）05-0013-03

1 工程概况

某项目为荷城街道三洲旧区道路改造提升项目，共计6条道路，其中1条次干道、5条支路，路线全长约2.833 km。目前3条道路因拆迁问题无法施工，剩余3条道路水泥搅拌桩共计174 846 m，桩径为50 cm，按梅花形布置，间距1.3 m。

2 方案选择

该项目属于EPC设计施工总承包项目，初步设计、概算等文件数据显示，软基工程处理施工造价占整个项目合同造价的25%～30%，是整个项目管控的重点工程。所以选择保证工程质量、安全的前提下，降低施工成本和提前工期是项目管理的关键点。项目在不超概预算的情况，在单向水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩和高压旋喷桩3个施工方案中，选择双向水泥搅拌桩方案。相比较单向水泥搅拌桩，该方案生产效率高并保证工程质量；相比较高压旋喷桩，该方案能降低施工成本。

3 双向水泥搅拌桩的原理

双向水泥搅拌桩为水泥土搅拌桩的成桩工艺，在动力系统的驱动下单独装设于内部，外同心钻杆内两组搅拌叶片同步设置正向、反向旋转对水泥土进行搅拌，形成水泥搅拌桩，属于一种用于加固软土地基工程领域的新型复合地基施工设备[1]。

本设备针对目前搅拌桩成桩机械，钻杆动力系统、钻头等作了改进，并使用了内外嵌套有同心双重钻杆，钻杆内安装有正向旋转的搅拌叶片，且开设有喷浆口。外钻杆内设置有反向旋转叶片，通过叶片在外钻杆上反方向转动的压浆效果，正向、反向旋转的叶片对水泥土进行同步双向搅拌，堵住水泥浆的上涌，将水泥浆调节到两个叶片的中间，确保桩体内部水泥浆分布均匀，混合充分，保证成桩质量。双向搅拌桩原理示意图如图1所示，双向搅拌桩钻头实物图如图2所示。

4 施工工艺及施工方法

4.1 施工工艺流程

施工工艺流程图如图3所示。

4.2 具体施工方法

4.2.1 施工准备工作

第一，场地清理。在施工前应按施工规范要求清理场地、排水。

第二，布桩图绘制。在动工之前，按照设计图纸，以各区段里程绘制布桩图。施工时，在施工现场用绘图仪或计算器绘出各根导线的走向及相应长度的曲线[2]。布桩图注明线路中心、里程、路基基底线等，每根桩都编号，标注设计桩长。

第三，测量放样。审查设计单位交接导线点和水准点，确认正确后方可投入使用。在施工前，应根据实际情况，确定测设位置和方法。测量人员根据设计图纸和布桩图确定桩位、原有地表标高、桩位孔口标高以及其他相关的测量和放样。

4.2.2 施工方案

施工机械采用单轴双向的搅拌专用机械，桩体采用“四搅两喷”方法施工。

4.2.2.1水泥搅拌桩施工平面布置

水泥搅拌桩桩径为50 cm，按梅花形布置，间距1.3 m；桩顶覆盖60 cm中粗砂垫层，上部铺设1层双向土工格栅；复合地基承载力（28 d）不低于100 kPa；桩体施工完成90 d后方可进行路基填筑。桩体28 d无侧限抗压强度不少于0.8 MPa；桩身1 d龄期的击数不少于15击，7 d龄期的击数不少于40。桩体采用42.5（R）水泥，水泥用量为65 kg/m。施工机械采用单轴双向的搅拌专用机械，以确保桩体质量。

4.2.2.2 试桩

搅拌桩的工艺性试验是在正式施工之前完成的，试桩深度不得低于设计值。试桩是为了掌握适合该地段的成桩经验，并取得各项操作技术参数[3]。工艺措施应根据不同土层和地质条件选择相应方法，并注意其经济合理性。工程桩的成桩工艺性试验，桩的数量不低于5个。通过抽芯实验检测，以确保对成桩的质量、桩基承载力的整体把握等。工艺性试桩完成后，试桩结果由监理工程师复核通过，以此为基础进行搅拌桩施工。无监理工程师指示，不允许随意改动[4]。本工程试桩已于2022年1月20日进行，经抽芯检测，水泥搅拌桩桩体完整性良好，7 d无侧限抗压强度为0.85 MPa，满足设计要求。

4.2.2.3 施工步骤

第一，钻机就位。将钻机安置在测设的桩位上，检查钻杆长度、钻头直径，连接好输浆管路，使钻头对准桩位，桩位允许偏差不大于50 mm，然后调整桩机的平整度和垂直度，确保垂直度允许偏差不大于1%，以保证桩身垂直。

第二，水泥浆的制备。按设计要求配合比拌制水泥浆，压浆前向集料中倒入水泥浆。通过对螺杆转速，进给速度的调整，实现水泥用量的控制。

第三，钻进。对桩机进行调正，启动动力系统，先带动内钻杆钻头（反向），以及驱动外部钻杆钻头（正向）。当钻深达到设计要求后，启动电动机带动传动轴转动，使电机轴与减速机连接的链轮啮合传动，从而将动力源传递到减速器中，由减速器带动主齿轮组减速，进而带动螺旋输送机工作。钻进到设计标高后，停止动力输出，钻机停机。再次启动加压装置，加压装置中链条朝里，外钻杆一次施压，使内外钻杆沿导向架向下移动，内钻头首先切削土壤并入土，外钻头后入土，2组叶片同时正转、反向旋转切割等，搅拌土体，搅拌机不断下沉，直到设计深度。

第四，提升喷浆搅拌并重复该过程。钻进到设计深度后，启动喷浆装置，在桩端搅拌喷浆10 s以上；先将外钻杆钻头、搅拌叶片换向（反向），保证水泥浆不会上涌；再对内钻杆钻头、搅拌叶片换向（正向）；然后对加压装置换向，边搅拌边提升边喷浆，2组叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土，把水泥浆控制在两叶片之间；直至钻头提升直到地表或设计桩顶标高。

第五，清洗、移位。灌浆完成达到设计桩长后，提升钻杆及钻头，向集料桶中注入适量清水，进行低压射水，清洗管路中残存的水泥浆。清洗结束后，把钻机等设备移到新孔位上。

4.2.3 工艺参数

水泥掺入比为65 kg/m；水灰比为1∶0.55，可以适当调整；送浆压力为0.4～1 MPa，可以适当调整；搅拌提升速度为0.5 m/min。搅拌桩施工允许误差如表1所示。

4.3 施工注意事项

第一，在施工过程中，应时刻记录压力和输浆量的变化、钻机的钻进和提升速度、孔底电流和其他相关参数。

第二，施工中必须注意记录泥浆性能及质量。施工记录做到施工一桩、记载一桩。

第三，施工时不允许中途断浆保证桩长。

第四，对桩基承载力要求较高的钻孔灌注桩，必须采用泥浆护壁成孔工艺。当还未达到设计标高，还未喷浆时，禁止钻杆提升作业。若需继续进行钻杆提升作业，必须先停止泵送浆液并关闭注浆管路。如果由于停电或者机械故障，喷浆被打断，钻机应下到断浆点下0.5 m以上，恢复供浆后再进行喷浆提升。

第五，当桩位处于断浆段时，要及时对桩基础结构进行补强处理，防止桩基产生较大变形。如果中断时间在6 h以上，需再次补桩。

第六，施工中按照设计供浆量进行喷浆，如果发现喷浆量不充分，原桩要及时进行复钻复喷，复喷后喷浆量仍然不少于设计用量[5]。

第七，加强混凝土质量检测和控制，保证灌注桩承载力达到要求。施工时仔细记录每根桩喷射水泥浆量，复核喷浆量和成桩以后的总喷浆量。

5 效益对比

5.1 质量效益

双向搅拌桩与单向搅拌桩相比，在成桩质量方面的优势主要体现在以下两点：第一，双向搅拌阻断浆液上冒，提高搅拌均匀性，保证水泥土搅拌桩的水泥掺入量，确保成桩质量。第二，双向搅拌桩是内、外钻杆旋转方向相反，能抵消部分搅拌产生的剪切力，减少对周围土体扰动。而单向搅拌桩是沿一个方向旋转，在各种应力作用下，影响施工机械的稳定性和对周围土体的扰动。

5.2 经济效益

第一，双向搅拌桩只需“四搅两喷”工艺，即可满足施工质量要求。而单向搅拌桩需采用“八搅四喷”或“六搅六喷”工艺才能满足施工质量要求，施工效率提高近一倍，各种资源费用都大大降低。

第二，双向搅拌有利于提高桩体均匀性，在同等质量要求下，可节约水泥用量，降低成本。

第三，双向搅拌桩施工，适用范围更广，较初定的高压旋喷桩施工，节省了工程造价。以新建支路3为例，原设计高压旋喷桩3 574 m，水泥掺量200 kg/m，综合单价206.52元/m，总造价738 102.48元；变更为双向水泥搅拌桩后，水泥掺量65 kg/m，综合单价62.82元/m，总造价224 518.68元，节约工程费用513 583.8元。

5.3 社会效益

第一，在保证工程质量前提下，使用本工法可加快施工进度，保证工期。

第二，通过改变施工工艺工法，在一定程度下节约水泥用量，提高了行业节能的意识。

6 结束语

采用单轴双向搅拌桩进行软基施工，即可节约资源、保证工程质量，还可以加快施工进度，从而保证项目顺利完工。

参考文献

[1] 王瑞娟.双向水泥搅拌桩施工方法及控制要点[J].石油化工建设，2022（5）：137-139.

[2] 刘先斌.双向双轴水泥搅拌桩加固软土地基施工技术研究[J].中国住宅设施，2021（11）：142-143.

[3] 孟范兵，夏珊珊.钉型水泥土双向搅拌桩在穿堤泵站軟弱土地基处理中的应用[J].广东水利水电，2021（7）：92-96+103.

[4] 陈晨晨.双向水泥搅拌桩在长三角地区软基处理中的应用[J].交通世界，2021（Z1）：68-69.

[5] 李兴华.太湖围湖区双向水泥搅拌桩施工技术研究[J].施工技术，2020，49（2）：73-76.