钉形水泥土双向搅拌桩

钉形水泥土双向搅拌桩复合地基技术是东南大学岩土工程研究所经过多年研究开发的地基处理新技术，并获得了国家发明专利（专利号：200410065862，200410065861）。该技术已广泛应用于高速公路和市政工程，其科学性、先进性和经济性已在工程中得到证明。钉形水泥土双向搅拌桩：在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统分别带动安装在同心钻杆上的内、外两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌，通过搅拌叶片的伸缩使桩身上部截面扩大而形成的类似钉子形状的水泥土搅拌桩。桩体桩间距S下部桩径d扩大头直径D扩大头高度H桩长h图一、钉形水泥土双向搅拌桩构造图复合地基指部分土体被增强或置换形成增强体，由增强体及其周围土体共同承担荷载的地基。水泥土由水泥浆液和地基土充分搅拌后，经水化和化学反应后形成的增强体。双向搅拌工艺采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口，在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的作用，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量的施工方法。钉形水泥土双向搅拌桩机型号、规格钉形水泥土双向搅拌桩机设备主要有a底盘、b支架、c箱体、d同心双轴钻杆、e自动伸缩钻头等组成，见图2。dbcaeaadbcae立面图剖面图图二、钉形水泥土双向搅拌桩机设备图钉形水泥土双向搅拌桩机设规格机械型号内钻杆直径（mm）外钻杆直径（mm）电动机功率（kW）机架高度（m）成桩深度（m）成桩直径（mm）DM-1891272×221512500~1000DM-2891272×222017500~1000DM-3951272×372825500~1600复合地基的沉降竖向承载的钉形水泥土双向搅拌桩复合地基沉降包括扩大头深度范围内复合土层平均压缩变形量s1、下部桩体深度范围内复合土层平均压缩变形量s2和桩端下部未加固土层平均压缩变形量s3。ss32s1图3、钉形水泥土双向搅拌桩复合地基沉降示意图施工材料材料1、钉形水泥土双向搅拌桩所用水泥种类需要和加固的土质相适应，一般情况下，当水泥土搅拌桩的桩体强度大于1.5MPa时，应选用强度等级在42.5以上的水泥；桩体强度小于1.5MPa时，选用强度等级32.5以上水泥；当需要水泥土搅拌桩桩体有较高的早期强度时，宜选用普通硅酸盐水泥和波特兰水泥。2、应根据不同土质条件和工程要求通过试验确定选用的外加剂种类和掺量。外加剂种类主要有木质素磺酸钙、石膏、三乙醇胺等。3、钉形水泥土双向搅拌桩水泥土强度标准值，宜采用90天龄期的无侧限抗压强度平均值。施工准备1、钉形水泥土双向搅拌桩施工前应具备如下资料：1.1工程地质勘察报告。1.2施工设计图纸。1.3总平面图或桩位平面控制图。1.4施工现场地理位置及相邻建筑、道路、管线、高压输电线、构筑物、边坡等相关资料。2、钉形水泥土双向搅拌桩施工前应具备条件：2.1施工现场应具备施工用水、用电、施工道路畅通。2.2施工场地平整，地耐力应满足桩机施工要求。2.3应完成场地邻近建筑、道路、管线、高压输电线、构筑物、边坡、环境等保护措施。3、科学、完整的施工组织设计或施工方案3.1开工前应进行施工图会审、设计技术交底。3.2根据施工图纸、设计技术交底、工程地质勘察报告、地理环境等编制施工组织设计或施工方案。3.3施工组织设计或施工方案审核确认。3.4组织施工人员进行技术交底，落实施工组织设计或施工方案的施工技术和安全保障措施。4、施工工艺参数的确定4.1在没有施工资料和地质条件比较复杂的场地应先进行试桩，并根据设计要求进行施工工艺参数试验，同一工程地质条件下试桩数应不少于3根。4.2试验桩的地质条件应具有代表性，试验桩应与工程桩一致。4.3工艺性试桩应获得的参数：（1）掌握满足设计单桩喷浆量（由水泥掺入量、水灰比计算）的各种技术参数，如钻杆下沉和提升速度、喷浆压力、断浆量、搅拌机转速、进入持力层电流和钻进速度等（供参考的双搅桩机械参数：下沉速度0.5～0.8m/min；提升速度0.7～1.0m/min；内钻杆转速≥50r/min；外钻杆转速≥70r/min；下沉时喷浆压力0.25～0.40MPa）。（2）掌握下沉和提升的阻力情况，选择合理的搅拌头形式、电机功率与搅拌叶片的宽度和倾角等（供参考的双搅桩机叶片宽度80～100mm；叶片厚度25～40mm；叶片倾角10～20度）。（3）检验室内试验所确定的配合比、水灰比是否便于施工，是否需要添加外加剂等；（4）检验桩身的无侧限抗压强度是否满足设计要求；（5）检验复合地基承载力是否满足设计要求。4.4根据试桩参数调整施工组织设计和施工方案。搅拌翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，符合下式关系，确保加固范围内任何一点的土体均能经过20次以上搅拌。221121cos2znznVVhN（4—1）式中：N——桩身任意一点的搅拌次数（次）；h——搅拌叶片宽度（m）；β——搅拌叶片与搅拌轴的垂直夹角（º）；1V、2V——分别为钻杆的提升和下沉速度（m/s）；n1——内钻杆转速（r/s）；∑z1——固着在内钻杆上搅拌叶片的总枚数；n2——外钻杆转速（r/s）；∑z1——固着在外钻杆上搅拌叶片的总枚数。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%，桩位偏差不得大于50mm，桩径、扩大头深度和处理深度不得小于设计值。5、施工机械的选择5.1根据设计要求和试桩资料选取专门的施工机械。5.2施工机械选定后应核实场地地基承载力是否满足桩机施工要求，如不满足应采取相应工程措施。6、钉形水泥土双向搅拌桩施工工艺流程图fbaedchgabcdefgh图4钉形与双向水泥土搅拌桩施工工艺流程图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，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；c)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。7、打桩顺序的一般规定7.1钉形水泥土双向搅拌桩属于非挤土桩，一般情况下对施工顺序无特殊要求。7.2若施工场地一侧靠近建(构)筑物，应从靠近建(构)筑物一侧由近向远施工。7.3若施工场地一侧靠近边坡，应从靠近边坡一侧由近向远施工，在坡边施工时应采取可靠的防护措施，防止边坡失稳和机械安全。8、成桩要求8.1施工前必须保证机架垂直，偏差不大于１％，保证机架底盘水平。8.2桩位偏差不大于50mm，桩径和扩大头高度不小于设计值。8.3桩长由设计和施工工艺参数控制，施工至设计桩底附近应注意最后30s电流和进尺参数，其值由工艺性试桩确定。8.4成桩过程中应控制水泥浆的比重，并符合有关技术要求。9、施工资料的整理9.1在施工过程中应及时对每根桩做好施工记录。9.2及时办理汇总、验收、签证等手续。10、施工安全管理10.1施工现场临时用电应按照《施工现场临时用电安全技术规程》JGJ46-2005执行。10.2施工机械安全生产应按照《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2001和J119-2001执行。10.3施工现场安全生产按照《建筑施工安全检查标准》JGJ-59-99执行。质量检查及验收1成桩质量检查1.1钉形水泥土双向搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程，应坚持全程的施工监理。施工过程中随时检查施工纪录和计量纪录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、内外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停浆处理方法和单桩施工时间等。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。1.2施工前应检查桩位放样偏差，其容许偏差应控制在±50mm。1.3施工过程中应检查机架的垂直度、机架底盘的水平度、水泥浆比重、搅拌机提升和下沉速度以及钻机下沉最后30s的电流和钻进速度等。1.4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。其中桩位偏差不大于50mm，桩径和单桩水泥用量不小于设计值，单桩施工时间不小于由工艺试桩确定的时间值。钉形水泥土双向搅拌桩桩位、桩径和垂直度偏差应按照表4.1的规定检查。2桩身质量检测2.1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，作好记录，检查频率为1‰，且不少于3根。2.2钉形水泥土双向搅拌桩成桩28天后应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。检验桩数应随机抽取总桩数的5‰，且不少于3根。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，通过芯样对桩长、扩大头长度、强度、均匀性等综合评价。3承载力检测3.1钉形水泥土双向搅拌桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载试验和单桩载荷试验。3.2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。检验数量为总桩数的1‰~2‰，且每个单项工程不少于3点。4质量检测标准4.1钉形水泥土双向搅拌桩质量检验标准应符合表4.1规定。表4.1钉形水泥土双向搅拌桩质量检验标准项目序号检查项目容许偏差值检查方法检查频率单位偏差值保证项目1桩径不小于设计值钢卷尺量测≥2%2桩长不小于设计值或电流、钻进速度控制值钻芯取样结合施工记录100%3扩大头高度不小于设计值钻芯取样结合施工记录≥0.5%4水泥掺入量不小于设计值查施工记录100%5桩身强度不小于设计值标贯试验和强度试验≥0.5%6承载力不小于设计值载荷试验≥0.1%7水泥质量符合国家标准送检2000m3且每单项工程不少于一次一般项目1提升和下沉速度m/s±0.05测单桩下沉和提升时间10%2水灰比g/cm3±0.05测水泥浆比重每台班不少于1次3外加剂±1%按水泥重量比计量每台班不少于1次4喷浆量±1%标定每台泵一次允许偏差项目1桩位mm±50钢卷尺量测2%2垂直度1%测机架垂直度5%3桩顶标高mm+30,-50扣除桩顶松散体2%5工程质量验收5.1钉形水泥土双向搅拌桩作为一个分项工程进行验收，其验收批次原则上按照相同施工机械、相同桩型设置、相近工程地质单元，分段、分批次进行验收。验收批次按照保证项目、一般项目和允许偏差项目进行验收。5.2钉形水泥土双向搅拌桩工程的验收原则上在施工单位自检合格，且资料齐全后由施工单位提出验收申请。验收前施工单位应提供以下资料：工程地质报告、桩基施工图、图纸会审及技术交底纪要、设计变更等。原材料进场合格证和检测报告。桩位测量放线图和纪录，包括工程桩位复核鉴证单。施工纪录和隐蔽工程验收纪录。监督抽检资料。桩体质量检测报告。单桩承载力和复合地基承载力检测报告。钉形水泥土双向搅拌桩复合地基工程竣工平面图。工程质量事故和事故调查处理资料。5.3钉形水泥土双向搅拌桩工程验收应由总监理工程师组织建设、政府质监部门、设计、施工单位的相关人员进行验收。5.4钉形水泥土双向搅拌桩工程分项工程质量验收合格应符合下列要求：保证项目必须全部合格。一般项目合格率达90%以上。允许偏差项目合格率达70%以上。有完整的工程施工资料。5.5对于不能满足合格要求的工程应及时处理，处理后达到设计和本规定要求的可