双向搅拌桩加固软土地基试验研究

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1、双向搅拌桩加固软土地基试验研究刘松玉席培胜储海岩宫能和(东南大学岩土工程研究所南京210086)【摘要】针对国内水泥土搅拌桩应用中存在的技术问题，介绍了作者研制的双向水泥土搅拌桩及其施工工艺；通过工程实例和试验数据分析，对双向水泥土搅拌桩与常规水泥土搅拌桩在现场施工工艺、桩身芯样无侧限抗压强度和电阻率试验以及经济、社会效益等方面进行了对比研究，论述了双向水泥土搅拌桩的优越性。【关键词】水泥土；双向搅拌桩；标准贯入试验；无侧限抗压强度；电阻率1前言水泥土搅拌桩系指利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处，就弛将软土和固化剂强制搅拌，由固化剂

2、和软土间产生一系列的物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土搅拌桩。这种水泥土搅拌桩与桩周土一超组成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基沉降。水泥土搅拌桩最早在瑞典研制成功，国内1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内实验和机械研制工作。1980年在软土地基加固工程中首次获得成功。此后在全国软土地基加固工程中推广开来，特男9是在道路工程中。水泥土搅拌桩法具有施工简单，快速，振动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。水泥土搅拌桩，现已发展成一种常用的软弱地基处理方法，主要适用于加固饱和软黏土地基。

3、大量工程实践表明，水泥土搅拌桩具备较多优越性的同时。在应用过程中也暴露出一些弊端，主要表现在成桩质量难以保证，处理深度偏浅，以至于在应用中发生过不少工程事故，造成工程界对水泥土搅拌桩处理软土地基的效果产生怀疑，许多地方采取慎用甚至限用。通过对水泥土搅拌桩的加固机理及其应用实践韵分析，目前存在的同题主要表现为：(1)水泥浆沿桩体垂宣分布不均匀。由于土压力、孔隙永压力沿桩体的垂直变化，以及土压力、孔隙水压力、喷浆压力的相互作用·造成水泥浆沿钻杆上行，冒出地面。因此水泥土搅拌桩往往存在桩体上部水泥含量较高，越往下水泥含量越少。使水泥土搅拌桩的有效桩长和有效处理深度大大减

4、小，同时也制约了水泥土搅拌桩的应用范围。(2)桩体搅拌不够均匀。由于搅拌叶片的同向旋转，很难把水泥土充分搅拌均匀，造成水泥土中有大量土块和水泥浆块，影响了桩体的强度。3j92双向搅拌拉技术作者针对目前水泥土搅拌桩施工中存在的上述问题，在充分研究水泥土搅拌桩的加到机理和影响水泥土深层搅拌桩成桩质量和桩身质量因素的基础上，经过多年探索，研制出双向水泥土搅拌桩及其施IT艺(专利受理号200410065862．9)，同时研制了施工机械(专利受理号200410065861．4)，并在南京河西地区软土地基加固中进行了成功试验。双向水泥土搅拌桩是指在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动

5、力系统带动分别安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土而形成的水泥土搅拌桩。该装置对现行水泥土搅拌桩成桩机械的动力传动系统、钻杆以及钻头进行改进，采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转搅拌叶片并设置喷浆!zl，在外钻杆上安装反向旋转搅拌叶片，通过外钻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(图1)。—甲Ej8厦向旋转I自》I一=％转蕈li；划l匡lI：霸1双向水泥土撞拌桩机钻头．示意圈啊2毅向木泥土搅弊蛀施工

6、工艺涟程啊洼l一宣鞲在外钻杆上的最冉旋转提拌叶片j2一安装在内钻杆上的正向旋转搅拌叶片，3一内钻杆·4一外钻秆水泥土双向搅拌桩的施工工艺和常规水泥土搅拌桩的施工工艺基本相似(图2)。具体操作步骤如下：(1)整平场地；(2)水泥土双向揽摔桩采用梅花形或方形布置；(3)搅拌机定位；起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中，．(4)切土下沉：启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土t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，直到设计深度，(5)提升搅拌：搅拌机提井、两组叶片同对正、反向旋转搅拌水泥±，直到媲表或设计标商以上SOcm，完成水

7、泥土双向搅拌桩单桩施工。3现场试验研究3·1试睑场地试验场地位于南京市河西地区滨江大道的某一施工段。场区表层为近期人工杂填±及320耕土(索填土)，其下均为长江淤泥、冲积之软土及粉土、砂性土。各土层基本物理力学性质指标如表1所示。寰l土屡主要鞠理力学性质指标含水量孔隙比塑限指数压缩模量承藏力屡序岩土名稚厚度(m)”(％)Est一2(MPa)，0(kPa)①素壤土②黏土29．90．82412．5120o淤泥质粉质黏土11．04061．13418．723768④一l淤泥质粉质黏土10．135．41．02316．190o一：淤泥质粉质黏士3．715．82．681123．

8、2现场施工