江苏建筑 ２０１２年第４期（总第１４９期） 钉形水泥土双向搅拌桩加固软土地基案例分析 丁博 （苏州同力工程质量检测技术有限公司，江苏苏州２１５００６） ［摘 要】 钉形水泥土双向搅拌桩作为一种新的地基处理的技术，其承载特性不同于常规水泥土搅拌桩，适宜处理深厚软 土地基．文章重点介绍了钉形水泥土双向搅拌桩在某工程地基加固上的应用，对其进行取芯和加固地基承载力的质量检测， 其加固效果难以达到设计要求。通过对荷载传递，桩身强度，淤泥含水量等方面分析，找出ｆ＊－Ｉ题的原因。 ［关键词］ 复合地基；承栽力；淤泥质粉质粘土；置换率；ｆｆ￣ｔ 【中图分类号】ＴＵ４７１．８【文献标识码】Ａ【文章编号】１０Ｏ５—６２７Ｏ【２０１２）０４—００９６—０４ Ｃａｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔ－Ｓｈａｐｅｄ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｏｉｌ－ｃｅｍｅｎｔ Ｄｅｅｐ Ｍｉｘｉｎｇ Ｃｏｌｕｍｎｓ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ Ｓｏｉｌ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ＤＩＮＧ Ｂｏ （Ｓｕｚｈｏｕ Ｔｏｎ￣ｉ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５００６ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａ ｎｅｗ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｔ－ｓｈａｐｅｄ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｏｉｌ— ｃｅｍｅｎｔ ｄｅｅｐ ｍｉｘｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎｓ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｓｏｉｌ ｃｅｍｅｎｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ．Ｉｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｄｅｅｐ ｓｏｆｔ ｇｒｏｕｎｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔ—ｓｈａｐｅｄ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｏｉｌ—ｃｅｍｅｎｔ ｄｅｅｐ ｍｉｘｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎｓ ｉｎ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｗｅ ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅ— ｉｎｆｏｒｃｅｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｉｆｏｒｃｅｍｅｎｔｎ ｄｉｄｎ’ｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｌｏａｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｓｈａｆｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｌｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ；ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｓｉｌｔｙ ｃｌａｙ；ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｅ；ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ １ 基本概况 中．由动力系统分别带动安装在同心钻杆上的内、外２组搅 １．１工程地质条件 拟建道路隶属于长江三角洲东南缘太湖水网平原东 部，据区域地质资料，本地区第四纪以来地壳运动以沉降为 主，形成广阔的冲积、湖积平原地貌。第四纪地层分布广，厚 表１ 拌叶片同时正、反旋转搅拌．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。 钉形水泥土搅拌桩扩大头部分采用“四搅两喷”．下部采 用“两搅一喷”工艺。钉形下沉速度０．５ ｍ／ｍｉｎ－Ｏ．８ ｍ／ｍｉｎ；提升 工程地质情况表 度大，拟建场地地形有所起伏，水网密布，以耕地、填土场 地、沟、塘为主，中不横穿吴淞江，工程地质情况见表１。 １．２施工工艺 ［收稿日￣］２０１２．０３．０７ 【作者简介】丁博，男，（１９８３－），苏州同力工程质量检训技术有限公司 工程师，主要从事基桩检测和混凝土应用研究。 钉形水泥土双向搅拌桩是指在水泥土搅拌成桩过程 江苏建筑 ２０１２年第４期（总第１４９期） 速度０．７ ｍ／ｍｉｎ一１．０ ｍ／ｍｉｎ； 钻杆再蘧 ２试桩方案 ２．１试桩目的 ■ 杆转 ３．２．１单桩载荷试验 钉形水泥土双向搅拌桩单桩极限抗压承载力在４５０ ｋＮ ５００ ｋＮ之间，均不能达到单桩设计极限承载力５３０ ｋＮ。Ｏ￣ｓ ｉ￣＞７０ ｒ／ｍｉｎ，下沉时喷浆压力Ｏ．２５ ＭＰａ～０．４０ ＭＰａ。 曲线为陡降曲线，本级沉降大于上一级沉降的５倍．最大沉降 量均超过１００ ｍｍ，取最大加载量的前一级为极限荷载。 ３．２．２复合地基载荷试验 桩间距为２ ｍ的复合地基承载力在９４ ｋＰａ～１０７ ｋＰａ 钉形水泥土双向搅拌桩为专利技术．也是较好的、新 型的、较为先进的地基处理方法。在南京、上海等地区具有 使用经验．本次试验设计目的是为了检验钉形水泥土双向 搅拌桩在苏州某地区的适用性和适宜性．同时在满足工程 之间．桩间距为２．３ １１１的复合地基承载力在６９ ｋＰａ～７９ ｋＰａ 之间，均未达到设计承载力１１０ ｋＰａ的要求。 最大沉降量超过压板边长的６％．压板周围土体出现 需要的前提下探索桩体的相对较优设计方案 ２．２设计要求 单桩竖向抗压承载力特征值达到３３７ ｋＰａ．复合地基 承载力达到１１０ ｋＰａ ２．３试桩设计方案 此段土基位于原老吴淞江河道及东侧沿线鱼塘现状 正在回填整平旱地段。据钻探资料．５．０ ｉｎ表层土下分布 ｌ８．７ ｍ淤泥质软土层．采用钉形水泥土搅拌桩加固地基。 桩体呈正三角形布置，桩长２４ｍ。桩扩大头直径为１００ｃｍ。 高度为６ ｍ。下部桩径分５０ ｃｍ、６０ ｅｍ，桩距分２．３ ｎｌ、２．０ ｍ， 水泥掺量分１２％、１４％、１６％。按上述类型组合．分１２种类 型各试桩３根，共试桩３６根。 每种类型的试桩各做１根取芯、单桩载荷试验和单桩 复合地基载荷试验 ３试桩结果 ３．１钻孔取芯 ６ ｍ以上成型良好，灰黄～灰白色，搅拌均匀。基本处 于坚硬状态，强度高；６ ｍ以下有淤泥层，含水量很高，成型 较差，灰黑色，搅拌基本均匀．处于可塑状态，强度较低：２０ｍ 以下基本不能成型；部分桩在１８ ｍ～２０ ｍ强度较高，与该处 可能存在砂层有关 钉形水泥土搅拌桩标贯击数与深度曲线 图见图ｌ。芯样强度与深度曲线图见图２。 ３．２承载力检测 ２５ ２ｏ 赫ｌ５ …＼ ｜ ．１甘 ～ ｃ 一 ～， ｛ 矗 ．－一 藩—ｋ 馨１０ ５ ０ ５ ｌＯ １５ ２０ ２５ 深度（一） 图１钉形水泥土搅拌桩标贯击数与深度曲线图 镶 一，■ 深度（ 图２钉形水泥土搅拌桩芯样强度与深度曲线图 放射性裂纹，呈剪切破坏，有部分桩在压载过程中渗出大量 的水。Ｑ～Ｓ曲线呈缓变曲线，无明显拐点，按相对变形６‰ 取值．部分桩卸载后回弹量较大 ３．２－３承载力检测成果汇总表（见表２） ４原因分析 设计要求单桩承载力特征值达到３３７ ｋＰａ．复合地基 承载力特征值达到１１０ ｋＰａ．从试验结果来看．均未达到标 准要求，分析原因．可能有以下几点： ４．１桩间距过大 从试验结果来看，桩间距越小。置换率越高．其承载力 明显增大．桩间距为２．０ ｍ的复合地基承载力明显大于桩间 距为２．３ ｍ的复合地基承载力。通过式（１）计算＇桩间距为２．３ ｍ时。假使单桩承载力达到设计要求，代入式（１），计算出复 合地基承载力为９５．０ ｋＰａ。仍达不到设计要求１ １０ ｋＰａ。 ｋ ｆ，ｐ ＝ ＝—ｎ产 （１－ｍ， （１） ｐｌ ４．２淤泥含水量过大 ＪＧＪ７９—２００２（建筑地基处理技术规范》中规定：水泥土 搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和 黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等。 当地基土的天然含水量小于３％（黄土含水量小于２５％）、大 于７０％或地下水的ＰＨ值小于４时不宜采用此法。 勘探资料上显示．此处淤泥质土含水量最高仅为 ４０．５％．而从现场实际抽取的样品测试结果来看，本地区的淤 泥含水量最高竞高达７９％。针对本地区淤泥土含水量过大。 从工地现场取回不同深度不同淤泥含水量的淤泥．按不同水 泥掺量，水灰比为Ｏ．５的比例制作成水泥土试块，测其３ ｄ和 ７ ｄ的无侧限抗压强度，检测结果见图３和图４。 试验情况表明．含水量大．水泥和土拌合后不固结。淤 图３水泥土３ｄ强度随淤泥含水量变化曲线图 ９８ 江苏建筑 ２０１２年第４期（总第１４９期） 于坚硬状态，强度高，均大于１．３ ＭＰａ。 ６ ｍ以下有淤泥层，含水量很高，水泥固结差，灰黑 ● ２ ３ ５ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｍ ｕ ￡！ ｎ Ｈ ＼ 。罾 ・ ＼ 鐾ｌ＿５ 均 １ 。５ ０ Ｕ Ｌ—＿Ｈ｜ Ｊｕ ｌ ． ｚｕ Ｚ０ 图４水泥土７ｄ强度随淤泥含水量变化曲线圈 泥含水量＜６ｏ％时．水泥土强度随水泥掺量的提高而增加． 当淤泥含水量＞６０％时．无论水泥掺量增大多少．其对应的 ｝崖 图５ Ｔ一４—１桩芯样强度与深度关系曲线图 水泥土强度无明显增加 故在局部地区淤泥含水量达到 ７９％的情况下。成桩强度很难达到要求 ４＿３桩身强度影响承载力的发挥 色，搅拌基本均匀，处于可塑状态，取芯率低，强度低，均小 于０．３５ ＭＰａ。 单桩载荷试验以Ｔ一４—２＃桩为例．静载曲线见图６．当 一 伽 一 伽 一 研 一 伽 一 枷 一 湖 一 一 ～ ～ ｍ 一 一 舛 一 桩 距压 积 在桩头以下６ ｍ扩大头钻孔取芯以Ｔ一４—１为例．芯样 强度与深度关系曲线图见图５ ６ ｍ以上成型良好。灰黄～灰白色．搅拌均匀．基本处 表２ 序号 桩号Ｔ一１—２ Ｔ一１—３ 试验加载到５３０ ｋＮ时。本级沉降量超过上一级的５倍．总 沉降量为１０５．１０ ｍｍ，沉降量大于１００ ｍｍ，而且Ｑ—Ｓ陡降， 因此单桩极限荷载为４７７ ｋＮ 承载力检测结果汇总表 试验类型 Ｎ 单桩抗压 ２４ ｌ ０Ｏｏ，５０ｏ １６％ ２．３ ０．７８５ ７８ ４．５８ ０．７８５ 复合地基 Ｔ一２－２ Ｔ－２－３ Ｔ一３—２ Ｔ一３－４ Ｔ－４－２ Ｔ一４—３ Ｔ一５－２ Ｔ．＿５—３ 单桩抗压 复合地基 复合地基 ２４ １ ＯＤ０，５００ １２％ ２．３ １４％ ２．３ ４．５８ ０．７８５ ４．５８ ０．７８５ ｌ６％ ２．０ 单桩抗压 单桩抗压 复合地基 单桩抗压 １４％ ２．０ ３．４６ ０．７８５ ３．４６ ０．７８５ 复合地基 单桩抗压 ２４ ｌ ０∞ｌ，５ｏｏ １２％ ２．０ Ｔ一６—２ Ｔ－６－３ Ｔ一７—２ 复合地基 单桩抗压 １６％ ２．３ ３．４６ ０．７８５ ４．５８ ０．７８５ １４％ ２．３ ４．５８ Ｔ一７－３ Ｔ－８—２ Ｔ一８－３ Ｔ一９—２ 复合地基 单桩抗压 复合地基 单桩抗压 ０．７８５ Ｔ一９—３ 复合地基 单桩抗压 １２％ ２．３ ４．５８ ０．７８５ ２ ３．４６ ０．７８５ Ｔ一１０－２ Ｔ一１０－３ Ｔ—ｌ１—２ Ｔ—ｌ１—３ Ｔ－１２－２ Ｔ＿ｌ２－３ 复合地基 单桩抗压 ２４ １４％ ２ ３．４６ ０．７８５ 复合地基 单桩抗压 ２４ １２％ ２ 复合地基 ３．４６ 江苏建筑 ２０１２年第４期（总第１４９期） 复合地基试验以１Ｉ一 ３＃桩为例，其曲线见图７，当加载 量为７７０ｋＮ时，达到设计要求加载量，故终止加载，Ｑ—Ｓ曲线 呈缓变曲线，无明显拐点，按相对变形６％。取值１０３ ｋＰａ。 图６ Ｔ—４—２＃桩单桩载荷试验Ｑ—Ｓ曲线 圈７ Ｔ—４—３＃桩单桩复合地基载荷试验Ｑ Ｓ曲线 在桩顶荷载的作用下．桩身压缩量和桩土相对位移量 逐渐增加．桩侧土层的侧摩阻力随之逐步发挥．由于扩大头 “翼缘”的存在使得扩大头端部的端阻力随着桩体被压缩逐 步发挥出来．随着桩顶荷载的增加桩侧摩阻力和扩大头“翼 缘”端阻力随之进一步发挥：扩大头上部桩土承受了大部分 的荷载．由于桩长较长在一定荷载作用下桩端阻力基本不 发挥．钉形水泥土双向搅拌桩扩大头上部呈现端承摩擦桩 特性．扩大头下桩体呈现纯摩擦桩特性。 上部６ ｍ扩大头：从检测资料来看，芯样完整，搅拌均 匀，均呈坚硬状态，水泥土芯样强度基本能达到大于１．５ ＭＰａ， 不会影响承载力的发挥。 桩顶下７ ｍ小桩径处：无侧限抗压强度仅为０．２２ ＭＰａ。 根据苏ＪＧ／Ｔ０２４—２００７（钉形水泥土双向搅拌桩复合地 基技术规程》，单桩承载力可采用式（２）验算： 如果桩身强度满足： 田 ・Ａ，。≥ 。∑ｑ ２・∑ｑ ・ ，：・ｇＰ６＋ ，－ ：） ｉ＝ｌ Ｊ。１ ‘ｑ。。 （２） 旦 且 ’。ＡＰ２≤ ２ ｑ ‘ ２‘ｑ ＋ ｔ－，４ ２）。ｑｐ。 ＝１ 则单桩极限承载力应由式（３）确定： 。 Ｒ＝２＝ 。∑ｑ， ・ｈｊ＋７Ｉ： ～ ：＋ 。 ｔ－Ａｐ２）・ｑ （３） ｉ＝ｌ 计算结果为２４２．９ ｋＮ，而实测单桩抗压承载力特征值 为２３８．５ ｋＮ，基本吻合。 ９９ 通过式（３）反算，要达到设计单桩承载力特征值３３７ｘ ０．７８５＝２６４．５ ｋＮ，桩顶往下８倍桩径（８ ｍ）内桩身强度应大 于０．４４ ＭＰａ，否则可能会因桩身破坏影响承载力的发挥。 而７ ｍ处芯样强度仅为０．２２ ＭＰａ．可能会因此处桩身 强度过低导致荷载无法向下传递，影响承载力的发挥。 ５结语 从本工程实例看．钉形水泥土双向搅拌桩在软土地基 处理上未能达到设计要求。其原因有以下几点： 第一：对于局部淤泥质土含水量大于６ｏ％。地质勘察 报告未有体现．影响了施工工艺的正确选择。 第二：相对于普通水泥土搅拌桩采用四搅两喷的施工 工艺．而钉形桩在６ ｍ扩大头位置采用四搅两喷．６ ｍ以下 采用两搅一喷，而且喷浆搅拌过程中水泥浆往上冒。致使钉 形桩６ ｍ以上成桩质量很好．强度高：而下部为高含水率的 饱和的淤泥或淤泥质粘土．往往成软塑至流塑状．渗透系数 较小．水泥浆液很难渗透到土体中，水泥或水泥浆液与土体 的拌和均匀性主要由搅拌头对土体的切削程度和搅拌次数 控制．由于淤泥或淤泥质粘土粘性较大，容易糊钻头，因此 施工中难以将水泥浆与土体搅拌均匀．桩体易形成桩体周 边或局部水泥浆富集和夹杂泥块现象．造成桩体不连续，从 而难以达到理想的加固效果。 第三：钉形水泥土双向搅拌桩的强度设计要求高于普 通水泥搅拌桩。其桩身质量检测仍采用《江苏省高速公路水 泥搅拌桩检测工作实施细则》来评定，是否适用，仍待考证。 没有充分的（符合要求的样本量）检测数据来支撑，不去做 艰苦的分析论证和严谨的综合判断．则无法对工程质量进 行有效的监控 第四：施工过程中。没有针对淤泥中含水量的不同而 采用有效措施，施工过程中没有及时反馈有效信息，导致成 桩效果较差。 钉形水泥土双向搅拌桩复合地基技术作为一项新技 术．无论是从设计、施工、检测还是标准的编制等方面还需 要从工程应用中多积累宝贵经验．为今后的工程应用提供 合理的参数。故在软土地基加固方案选择上应详细考虑各 种因素．斟酌后再定夺，以免造成不必要的工程损失。 参考文献 …１ 苏ＩＧ／Ｔ０２４—２００７钉形水泥土双向搅拌桩复合地基技 术规程『Ｓ１．江苏省工程建设标准，２００７． 『２１冶金工业部建筑研究总院．ＹＢＪ２２５－９１软土地基深层搅 拌加固法技术规程『Ｓ１．冶金工业出版社，１９９１． 『３３１ 中国建筑科学研究Ｉ￣ＪＧＪ７９—２００２建筑地基处理技术规 范『Ｓ１．中国建筑工业出版社，２００２． 『４１东南大学岩土工程研究所，南京路鼎搅拌桩特种技术有限 公司．钉形双向水泥土搅拌桩加固软土地基的理论与应用ＩＮ． 『５１韩志方．深长钉形双向水泥土搅拌桩桩身质量与单桩承 载特性研究『【）１．东南大学，２００９． 『６江苏省高速公路水泥搅拌桩检测工作实施细则．苏高技 ６１２００３（１４７）号文
