双向水泥搅拌桩在近海市政道路软基施工中应用方法

摘要：随着城市化进程的加快，尤其是沿海城市的快速发展，近海市政道路建设的需求不断增长，在这种背景下双向水泥搅拌桩法逐渐在近海市政道路施工中得到广泛应用。本文详细解释了双向水泥搅拌桩法的成桩原理、技术特点以及优越性，并从地质条件以及水文地质两个方面分析了其适用范围，详细探讨了试桩、桩机就位、桩基对位等六项具体的施工工法，以供参考。

关键词：双向水泥搅拌桩；近海市政道路；软基施工

双向水泥搅拌桩法，顾名思义，是通过两根垂直搅拌桩并行推进的方式，在土壤中形成相对密实的水泥混合体，该技术可以追溯到20世纪60年代初期，最初应用于较为简单的基础设施建设中。随着技术的不断进步，双向水泥搅拌桩法逐步被引入到近海市政道路的施工中，尤其是在基础不牢固的湿软土、盐碱地等复杂地质条件下有较为明显的优势。然而由于施工技术的门槛较高，部分地区的施工队伍对于双向水泥搅拌桩法的掌握还不够熟练，且设备投入和技术要求较高，部分小型建设项目并没有全面引入这一技术。因此，要加大对双向水泥搅拌桩法的技术研发投入，推动其在不同地质条件下的适应性研究，并提升施工队伍的技术水平，扩大双向水泥搅拌桩法的应用范围管。

一、双向水泥搅拌桩法的基本概述

（一）成桩原理

借助双向搅拌机动力系统分别驱动2组搅拌叶片，在内钻杆上设置正向旋转叶片、喷浆口，外转杆上设置反向旋转叶片。启动动力系统后，两组搅拌叶片同时旋转，内钻杆正向旋转叶片与外钻杆反向旋转叶片相互配合，对土体进行双向、双轴搅拌。按照设计要求，选用强度等级42.5普通硅酸盐水泥，将水灰比控制在0.45-0.5，并添加适量半水石膏等添加剂，预先拌制好水泥浆液。当搅拌桩机就位并调试完成后，开始进行搅拌作业。第一次搅拌下沉时，为避免堵管可带浆下钻，每米喷浆量小于总量的10%，控制下沉速度，使钻头进入持力层后，边喷浆边旋转搅拌，此时内钻杆上的喷浆口持续喷射水泥浆液，与原地基软土层充分拌和。与土体充分发生一系列物理化学反应，进而形成具有一定固结强度的复合地基，有效改善软弱土体的物理力学性质，提高地基的承载能力和稳定性，满足近海市政道路等工程对软土地基加固的要求。

（二）技术特点

借助安装在设备内外同心杆上的2组搅拌叶片同时反向旋转，使土体和水泥浆在正反两个方向的搅拌作用下，实现高度均匀混合，相较于单轴水泥搅拌桩，极大提升了搅拌效果。

在施工过程中，它产生的超静孔隙水压力较小，并能利用压浆作用精准控制水泥浆冒浆情况。

双向水泥搅拌桩受力合理，在承受上部荷载时，能将力均匀分散，最大程度保持了地基原有的结构稳定性。

（三）优越性

与传统单向水泥搅拌桩相比，双向水泥搅拌桩法成桩过程高效快速，其施工速率大幅提升，能有效缩短工程工期，加快项目整体进度，节省大量时间成本。且该方法施工时采用低压操作，无振动、无噪声，少污染，对周边环境和建筑物影响极小。还有较高的经济效益，其综合单价相对较低，以实际工程对比来看，单轴水泥搅拌机综合单价约52元/m，双轴双向搅拌桩桩施工综合单价约50元/m，由于施工效率高，可减少设备租赁、人员投入等费用，进一步降低了工程成本。

二、近海市政道路软基施工双向水泥搅拌桩适用条件

（一）地质条件

当利用水泥土搅拌桩处理泥炭土、有机质土、pH 值低于 4 的酸性土、塑性指数超过 25 的黏土，或者在存在腐蚀性的环境中、缺乏工程经验的区域使用时，一定要借助现场试验与室内试验，来判定其是否适用。①素填土：以粘性土为主，呈松散、稍湿状态，夹含少量碎石等硬杂质，含量约15-20%，局部可达30%左右，硬杂质粒径多在2-8cm，强度相当于强～中风化岩；②杂填土：由粘性土混杂碎、块石、砼块等建筑垃圾及碎布、煤渣、塑料等生活垃圾组成，含硬杂质约30%，粒径2-8cm为主，个别大于20cm，强度相当于强～中风化岩；③淤泥：呈流塑、饱和状态，以粉粒、粘粒为主，夹少量薄层粉细砂，含少量生物贝壳及腐殖质，土体干强度中等，韧性好，切面光滑，有腥臭味，摇震反应慢。

（二）水文地质条件

近海地区地表水多为盐田、水塘等，在施工前一般都要进行回填处理，如果不妥善处理，地表水很有可能会在施工过程中渗入桩孔，稀释水泥浆，影响水泥与土体的胶结效果。近海市政道路的施工场地基本处于湿润气候区，且主要分布强透水层，综合判定环境类型为Ⅱ类，渗透类型属A型时，会使地下水的流动较为活跃。在双向水泥搅拌桩施工过程中，地下水的流动可能会带走部分水泥浆中的有效成分，造成水泥浆流失，在这种水文地质条件下施工，需采取有效的隔水或止水措施，保证双向水泥搅拌桩的施工质量和地基加固效果。

三、双向水泥搅拌桩在近海市政道路软基施工中的应用流程

（一）试桩

试桩目的在于熟悉施工工艺与机械设备操作，明确水泥浆最佳稠度、喷浆量、搅拌下沉及提升速度等关键技术参数，同时根据现场实际地质情况确定实际施工桩长，为后续大规模施工提供可靠依据。试桩时要保证水泥掺量不少于三种，由各参建单位专业技术人员现场见证，现场施工技术人员需做好详细施工记录，根据实际情况选择在最不利工况处进行试桩。以某工程为例，搅拌桩机动力在45KW以上，钻头叶片三层，每层两片，上下层间距300mm，水平两片叶片夹角30度，每片叶片宽100mm，最大成桩深度约13.25m，成桩直径0.5m。第一次搅拌下沉可采用三档或四档，第一次搅拌提升采用四档等，根据不同组合确定理论成桩时间，喷浆量计算要依据设计桩长、桩径、水泥掺量等参数进行，成桩7d后，进行开挖检查，观测桩体成型情况及搅拌均匀程度；成桩28d后，进行钻探取芯检测桩身无侧限抗压强度试验，取芯位置宜在桩直径2/5处，加工成特定尺寸圆柱体进行检测，桩身无侧限抗压强度（28d）不低于1.6Mpa。

（二）桩机就位

根据设计要求精确测设水泥搅拌桩位，经复核确认后，用竹签定出桩位并编号，桩位误差不得大于5cm，水泥搅拌桩机就位后，需调整机身，使桩机保持水平，搅拌轴呈铅直状态。采用吊垂法保证钻杆垂直度不大于1％，同时利用经纬仪或吊线锤双向控制导向架垂直度，

可用汽车吊或桩机自带起重机钢丝绳移动搅拌桩机到达作业位置。到达指定桩位后，用水准仪对中调平，精确对位，保证桩中心偏位不大于5cm。在调整过程中，多次测量校准，只有桩机准确就位且各项参数符合要求后，才能进行后续的浆液配制、搅拌下沉等施工工序。

（三）桩机对位

桩机对位简单来说，就是将搅拌桩机准确移动至设计的桩位，并调整桩机的位置和角度，使钻头中心与桩位中心重合。搅拌桩机平稳移动到设计的作业位置后，用水准仪进行对中调平操作，利用经纬仪或吊线锤双向控制导向架垂直度，通过观察仪器或吊线锤的状态，对桩机进行微调，保证搅拌轴呈铅直状态，使钻头与地面垂直。

（四）预先拌制浆液

在预先拌制浆液时，要根据试桩确定的配合比进行准备工作。以常用的42.5＃普通硅酸盐水泥为例，水灰比一般控制在0.45-0.5。先计算每次搅拌所需水泥和水的用量，若采用袋装水泥（每袋50kg），按照搅拌水泥的袋数和水灰比算出用水量，用磅秤精确称量后倒入画有加水刻度的搅拌桶。接着先加水，再放水泥，加水泥时持续搅拌，每次搅拌灰浆时间至少 5 分钟，保证浆液充分均匀、没有沉淀。搅拌完成后，可使用水泥浆自动制备设备（如图1）进行后续处理。该设备由水泥罐、储水罐、搅拌机、储存罐等多个部分组成，拌和好的水泥浆从灰浆搅拌桶倒入集料斗时，必须经过滤筛，将水泥硬块筛出，集料斗容量一般为1.5m³，可保证一定的余量，避免浆液供应不足造成断桩，同时防止浆液过多产生沉淀。在储料斗安装搅拌器，对进入的水泥浆进行二次搅拌，进一步保证水泥浆液始终处于均匀状态，不发生沉淀，满足施工过程中对水泥浆质量的严格要求，为双向水泥搅拌桩施工的顺利进行提供有力保障。

（五）喷浆搅拌

双向水泥搅拌桩的成桩一般要经过四次搅拌、喷浆，即第一次搅拌、下沉、喷浆，第二次提升、喷浆、搅拌，第三次下沉、喷浆、搅拌，第四次提升、喷浆、搅拌，通过多次循环操作，形成具有较高强度和稳定性的复合地基。

1.第一次搅拌、下沉、喷浆

每次开机前必须全面调试设备，检查桩机运转是否正常，同时检查输送水泥浆管路工况，根据试桩情况确定施工参数，第一次下钻时为避免堵管可以带浆下钻，但每米喷浆量应小于总量的10%，严禁带水下钻，避免稀释水泥浆，影响水泥与土体的胶结效果，降低桩体强度。进入持力层后，施工需严格按照规范操作。边喷浆边旋转搅拌桩机钻头，喷浆压力需控制在大0.3MPa-0.6MPa，使水泥浆和原地基软土层充分拌和。钻头持续下沉钻进，直至达到桩底标高或进入持力层1m以上，到达桩底后在桩底部停留30秒，进行原位搅拌喷浆，使桩底部位的水泥浆与土体更加均匀地混合，增强桩底的强度和稳定性，为整根桩的承载性能提供坚实基础，保障双向水泥搅拌桩在近海市政道路软基施工中的加固效果。

2.第二次提升、喷浆、搅拌

当搅拌桩机达到设计深度时，启动灰浆泵通过管道将水泥浆输送至搅拌头。浆液喷出后，启动搅拌桩机，并启动链条装置，按照试桩的速度一边喷浆搅拌一边提升钻杆。提升速度宜控制在0.5-0.8m/min，且要按不少于每米喷浆总量的50％边喷边旋转提升。操作人员需密切关注喷浆压力、喷浆量和搅拌桩机的运行情况，随时记录这些参数的变化，一旦发现喷浆量不足或其他异常情况，应立即采取措施。当钻头提升至距离地面1m时，宜用慢速提升；当喷浆口即将出地面时，应停止提升，搅拌数秒。在整个施工过程中，还需保证供浆的连续性，若因故停浆，必须使搅拌机下沉至停浆面以下0.5m，待恢复供浆后再喷浆提升，防止出现断桩现象，保障双向水泥搅拌桩的施工质量，进而提高近海市政道路软土地基的加固效果。

3.第三次下沉、喷浆、搅拌

当搅拌钻头提升至桩顶以上500mm高后，先关闭灰浆泵，随即开展再次下沉操作。此次下沉要边喷浆边旋转，将搅拌机沉入到桩底，每米按不少于每米喷浆总量的20％进行。操作人员需时刻留意桩机运行状态，保证设备稳定运行，一旦出现喷浆不均匀的情况，或因故停浆，必须遵循相关规范处理，使搅拌头下沉至停浆面以下0.5m，防止发生断桩和缺浆现象，待恢复供浆后再继续正常施工。如果停机超过一定时间（如超过2小时），为防止浆液硬结堵管，需先拆卸输浆管路进行清洗后备用，同时对已拌制好的水泥浆合理处置。施工过程中还应做好下沉速度、喷浆压力、喷浆量等各项参数的记录。

4.第四次提升、喷浆、搅拌

当搅拌机再次下沉到桩底后，便开始边喷浆边搅拌提升至桩顶，每米喷浆量按每米喷浆总量的20％控制。施工时提升速度应保持均匀稳定，宜控制在0.5-0.8m/min，在提升过程中要时刻关注喷浆情况，防止出现断浆、漏浆现象。一旦发现喷浆异常，应立即停止提升，检查设备和管道，排除故障后再继续施工。当钻头距离地面较近时，要适当放慢提升速度，使桩顶部位的水泥浆与土体能够充分搅拌，在喷浆口即将出地面时停止提升，持续搅拌数秒，增强桩顶与上部结构的连接性能。

（六）桩机移位

每完成一根桩的施工，都需进行工完清洗，在水泥浆池中注入适量清水，开启灰浆泵，让清水在输浆管路中循环，直至钻头喷出的浆液完全转为清水，并清洗干净粘附在搅拌头上的软土。然后再利用汽车吊或桩机自带起重机钢丝绳，将搅拌桩机平稳地移动到下一个设计桩位。

结束语：

近海市政道路施工需要处理较为复杂的环境条件，而双向水泥搅拌桩法作为一种高效的加固技术，能够有效提升施工质量和道路稳定性。为了满足未来城市化和基础设施建设的需求，必须继续加大对新技术的研究和应用，推动技术的普及与创新。

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