双向变截面搅拌桩技术规程

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1、中国工程建设标准化协会双向变截面搅拌桩技术规程（征求意见稿）条文说明目次1总则 3基本规定 错. 误 ! 未定义书签。4设计错. 误 ! 未定义书签。4.1材料 错. 误 ! 未定义书签。4.2设计计算 错. 误 ! 未定义书签。5施工错. 误 ! 未定义书签。5.1施工准备 错. 误 ! 未定义书签。5.2施工工艺 错. 误 ! 未定义书签。5.3施工质量控制 错. 误 ! 未定义书签。1.6 检验与验收6.1 检验.错. 误 ! 未定义书签.错. 误 ! 未定义书签Contents1 General Provisions 1.3 Basic Requirement 错. 误 !未定义书签。

2、4 Design错. 误 !未定义书签。4.1 Materials 错. 误 !未定义书签。4.2 Design Calculation错. 误 !未定义书签。5 Construction错. 误 !未定义书签。5.1 Construction Preparation 错. 误 !未定义书签。5.2 Construction Technologies 错. 误 !未定义书签。5.3 Construction Quality Control 错. 误 !未定义书签。6 Inspection and Acceptance错. 误 !未定义书签。6.1 Inspection错. 误 !未定义书签。1

3、 总则1.0.1 双向变截面搅拌桩是东南大学岩土工程研究所针对传统单向搅拌桩技术施 工效率低、成桩质量差、有效处理深度浅、桩土共同作用效率低、工效低等问题 于 2005 年研发出的新型搅拌桩技术。所谓双向搅拌桩是指在水泥土搅拌桩成桩 过程中，由动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。 该技术对常规水泥土搅拌桩成桩机 械的动力传动系统、钻杆以及钻头进行了改进，采用内、外嵌套同心双重钻杆， 在内钻杆上设置正向旋转搅拌叶片并设置喷浆口， 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的压浆作用和正、 反向旋转叶片同时双向搅拌

4、水泥土， 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。 双向变截面搅拌桩则是在双向搅拌桩 的基础上， 采用自动伸缩搅拌叶片通过变换旋转方向实现变直径搅拌桩施工， 以 满足成层地层按需加固的需要。该技术自研发以来， 已经在我国主要软弱土分布区的各类土木工程地基加固处理 中得到了大量推广应用，在江苏、 安徽等省区已经取代了传统单向搅拌桩， 取得 了重大经济与社会效益。 2013 年编制颁布了江苏省工程建设推荐技术规程钉 形水泥土双向搅拌桩复合地基技术规程（苏 JG/T024-2013）为该技术的推广 应用提供了设计和施工依据。为使全国

5、范围内双向变截面搅拌桩技术具有可靠的设计、施工、监理、 检验及验 收依据，总结多年依据和工程实践成果，编制本规程。1.0.2 本条规定了本规程的应用范围， 即适用于公路、 铁路、机场、港口、建筑、 市政等工程领域，采用双向变截面搅拌桩作为复合地基加固软弱土的工程。1.0.3 双向变截面搅拌桩复合地基是隐蔽工程，本条规定了设计原则。1.0.4 尚应符合的国家有关标准如下：岩土工程勘察规程 GB50021建筑地基基础设计规范 GB50007 建筑地基处理技术规范 JGJ79 土工试验方法标准 GB/T50123公路工程土工试验规程 JTG E40公路工程质量检验评定标准 JTG F80-1铁路工程

6、地基处理技术规范 TB10106 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB20202 公路软土地基路堤设计与施工技术细则 JTG/T D31-02 复合地基技术规程 GB/T 507833 基本规定3.1.1 适合双向变截面水泥土搅拌桩加固的土类与传统搅拌桩一样，即处理淤泥 质土、有机质土、粉土、松散砂土等。对于 PH值小于4的酸性土，或在腐蚀性 环境中以及无工程经验的地区使用时， 必须通过现场和室内试验确定其适用性后， 方可采用。3.1.2 双向变截面搅拌桩复合地基的设计应重视资料的收集，具体包括以下基本 资料：1 岩土工程勘察资料应按照现行国家标准岩土工程勘察规程 GB50021-2001

7、或现行行业标 准公路工程地质勘察规范JTJ064-98进行岩土工程勘察并提供勘察报告，内 容包括：1）场地工程钻孔位置图、钻孔柱状图、工程地质剖面图；2）场地各土层物理力学指标、承载力特征值，地基土层的PH值、有机质含 量和ep曲线；3）标准贯入试验、静力触探试验和十字板试验等原位测试资料；4）根据相关试验分析提供土层桩侧阻力特征值和不排水抗剪强度特征值；5）水文地质资料，包括地下水类型、地下水位及其运动规律，地下水对水 泥土腐蚀性评价等；6）场地的抗震设计条件，包括场地土的类型、场地类别、地基土的液化判 别。2 工程场地和环境条件的有关资料1）工程场地总平面图，包括交通设施、高压架空线、地下

8、管线和地下构筑物分布等；2）相邻建（构）筑物安全等级、基础型式及埋设深度；3）水、电及材料供应条件等。3 建（构）筑物的有关资料1）建（构）筑物的总平面布置图；2）建（构）筑物基础平面图和剖面图；3）设计要求的承载力和变形控制值；4）对应于荷载效应标准组合时的基底压力和对应于荷载效应准永久组合时 的基底压力。4 施工条件的有关资料1）施工机械的设备条件、动力条件； 2）施工机械的进出场及现场运行条件。5 地区经验有关资料1）搅拌桩施工工艺经验；2）搅拌桩加固效果资料。3.1.3 双向变截面搅拌桩复合地基是复合地基的一种， 复合地基技术规范 GB/T 50783-2012第 4章规定了复合地基勘

9、察要点， 也是本规程需要遵守的。 静力触探 技术（CPT特别是孔压静力触探（CPTU技术具有精度高、测试连续、分层可 靠、经济快速等优点，尤其适用于软弱土判别。另一方面，本规程双向变截面搅 拌桩技术施工已经实现了自动监控， 本规程 3.1.13 条也规定了双向变截面搅拌桩 施工宜采用自动监控的搅拌桩施工系统，对于需要重点加固的软土层，根据 CPT/CPTU曲线可以在施工监控主机中事先进行设定，以保证变截面加固的可靠 性。同时，对于施工过程中发现地层异常需要补充勘察时，CPT/CPTU是快速有效的方法。因此，本规程要求采用该技术的工程场地应进行CPT/CPTU测试，提供测试成果。3.1.4 双向

10、变截面搅拌桩由于其独特的施工工艺，可以通过改变搅拌轴旋转方向实现搅拌叶片的自动伸缩，形成变截面搅拌桩。根据土层情况和工程实际需要， 一般有三种变截面位置即：顶部、中部和底部。其中，最常用的是顶部扩大的变 截面搅拌桩，由于其形状像钉形，故名为钉形搅拌桩；又形似英文字母“T”，在英文中称之为 T-shape deep mixing column。3.1.5 变径比和体积置换率是变截面搅拌桩设计的两个关键参数，也是与常规等 截面搅拌桩设计不一样的方面，本条规定了该两个参数设计确定的原则。3.1.63.1.8双向变截面搅拌桩复合地基是复合地基的一种，本条按照复合地 基技术规程 GB/T 50783的规

11、定执行。3.1.9本条仍按照复合地基技术规程 GB/T 50783的规定执行。实际工程中也 有按照现场试验工程桩体取芯强度 qu 进行设计，但由于现有现场试验工程和取芯方法与时间不统一，取芯强度往往离散性很大，而室内配合比试验标准统一， 故仍以此作为强度设计的依据。3.1.10 复合地基中桩和桩间土共同直接承担荷载是形成复合地基的必要条件。复合地基是通过一定的沉降量来达到桩和土共同承担荷载， 为满足该条件， 需要通 过垫层进行过渡并调整荷载分布，实现桩体和地基土体共同承担上部荷载。3.1.11 搅拌桩施工工艺分为浆喷搅拌法和粉喷搅拌法 。粉喷桩与浆喷桩尽管存在 很多方面的相似性， 但在强度增长

12、规律等方面存在较大差异， 目前在工程应用中 还存在很大的盲目性， 特别是高含水量的软土， 粉喷桩和浆喷桩的效果差别很大。 东南大学岩土工程研究所通过对江苏省多条高速公路中粉喷桩和浆喷桩处理效 果进行总结分析，发现粉喷桩和浆喷桩的强度与含水比（含水量与液限的比值） 存在很强的相关性，可以根据软土天然含水量与其液限之比即含水比Aw进行确定。具体确定方法见条文 4.2.2。3.1.12 我国传统水泥土搅拌桩的成桩机械采用单向搅拌工艺，经常出现下列问题：水泥土搅拌桩桩体水泥掺入量达不到设计要求；水泥浆纵向和平面搅拌不均匀； 地面出现大量冒浆；粉喷桩对周围土体扰动大，引起地面开裂、边坡失稳、突然 下沉等

13、。这些问题是传统单向搅拌的固有缺陷。因此现有复合地基技术规范GB/T 50783和建筑地基处理技术规范JGJ79均规定浆喷法的加固深度不宜大 于20m,粉喷法的深度不宜大于15m。双向变截面搅拌桩技术采用双向搅拌工艺，具有下列优点：1 双向搅拌工艺中内杆喷浆 （粉）、外杆叶片具有压浆作用，阻断了水泥浆液上 冒途经，保证了深部水泥掺入比和纵向均匀性；2 双向搅拌工艺提高了水平向搅拌均匀性，确保了成桩质量；3 双向搅拌工艺受力对称，对土体扰动影响小，避免了土体孔隙水压力螺旋 式上升，提高了喷浆 （粉）顺畅性，保证了深部成桩质量；4 双向搅拌工艺受力对称，提高了机架稳定性。 正是由于这些优点，双向搅

14、拌桩可以加大有效加固深度。已有工程实践中，浆喷法最大加固深度已达32m,粉喷桩最大加固深度达23m0故此，本条规定的 加固深度扩大现有规范取值，即浆喷法加固深度不宜大于30m,粉喷法加固深度 不宜大于 20m。3. 1 . 1 3经过十几年的发展， 现有双向变截面搅拌桩施工已经能够实现自动监控施 工，在国内工程中得到了推广应用， 为进一步推动搅拌桩施工技术水平， 促进智 能施工技术的发展， 本规程施工控制推荐采用自动监控施工系统， 具体要求可参 见第 5 章。3.1.14 双向变截面搅拌桩属于隐蔽工程，地质条件千变万化，土体工程性质变异 性大，同一施工技术在不同的地区可能会产生不同的效果；因此

15、，本条规定设计 方案初步确定后应在工程现场选择代表性场地进行现场试验施工， 目的是验证设 计参数是否满足要求， 主要包括桩身质量和复合地基承载力。 试验工程量可根据 工程规模和地质条件在设计文件中明确， 同一设计参数的试验工程桩数应不少于 6 根；其中，用于桩身质量取芯检验的桩数不少于 3 根，用于承载力检验的桩数 不少于 3 组，当需要确定多桩复合地基承载力时，试验施工桩数应相应增加。 试验工程结束后，根据桩身质量和承载力检验结果，对设计参数进行优化调整， 提出正式施工参数。3.1.15 为满足设计要求，本条规定正式施工前应进行工艺试验，根据试验得出满 足设计要求的施工工艺，主要是施工系统配

16、置和施工质量控制要点，包括：喷浆 压力、搅拌次数、钻杆下沉和提升速度、转速、进入持力层电流等。具体要求列 于 5.1.12 条。3.1.16 地质条件和土层工程性质空间变异性大，特别是对于公路、铁路这样大规 模线性工程， 工程勘察时勘察孔位间距加大， 往往出现地质条件与勘察报告不符 合情况。 因此在搅拌桩施工过程中， 应根据施工参数监控的变化分析核查地质条 件。一旦发现明显异常如下沉速度、电流异常等，应暂停施工，采用 CPT/CPTU 进行快速补充勘察测试，核对地质条件。当地质条件与勘察报告有明显变化时， 应调整设计和施工参数，经论证后方可继续施工。3.1.17 双向变截面搅拌桩复合地基是复合

17、地基的一种，应按照复合地基技术规 范GB/T 50783的要求在施工过程中进行相应的监测。 并结合施工自动监控情况 及时反馈，实现信息化施工。 施工过程中应加强环境保护， 浆喷法应及时处理废 弃浆液不得污染农田等周边环境。 粉喷法应配置有满足环保要求的防尘设施， 不 得污染空气和周边环境。4设计4.1材料4.1.1外掺剂可根据设计要求和土质条件选用具有早强、缓凝、减水以及节省水 泥等作用的材料，且应避免污染环境。常用的早强（速凝）剂有：三乙醇胺、氯 化钠、碳酸钠、水玻璃。掺入量宜分别取水泥重量的0.05%、2.00%、0.50%、2.00%。缓凝剂有：石膏、磷石膏。石膏兼有缓凝和早强作用，其掺

18、入量宜取水 泥重量的2.00%。磷石膏掺入量宜取水泥重量的5.00%。减水剂有：木质素磺酸 钙，其掺入量宜取水泥重量的0.20%,其对水泥土强度的增长影响不大。可节省水泥的掺料有：粉煤灰、高炉矿渣。当掺入与水泥等量的粉煤灰后，水泥土强度 可提高10%左右，故在加固软土时掺粉煤灰不仅可消耗工业废料，还可对水泥 土强度有所提高。4.2设计计算4.2.2浆喷法和粉喷法是水泥土搅拌桩的两种主要施工工艺，两者虽然存在很多 方面的相似性，但是它们在不同地区的适用性、施工扰动性、桩体以及整个复合地基的强度增长规律特性等方面还存在较大的差异。长期以来，由于对这些差异以及机理研究不够，导致工程应用的盲目性，具体

19、设计与计算时往往采用经验方 法或工程类比的方法。东南大学岩土工程研究所对该问题进行了系统研究，在其著作粉喷桩复合地基理论与工程应用（中国建筑工业出版社，2006）第三章中进行了详细分析。室内外试验研究表明，粉喷法和浆喷法的应用效果与土层含水比有密切关系。图1是江苏省多条高速公路工程中粉湿喷桩软基处理的强度对比。1.00.10.8 _0.7 -0.6 _P 0.5 -(0.4 度强 0.3 -0.2 湿喷桩(30d,50kg/m)0.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.50.80.2 湿喷桩(50d,45kg/m) 粉喷桩(50d,45kg/m)0.60.70.80.91

20、.01.11.21.3含水比(w/wL)含水比(w/wL)(a) 30天龄期(b) 50天龄期图1强度与含水比之间的关系水泥土强度与含水比有很大的关系，在含水比小于 0.9时，湿喷桩处理的效 果比粉喷桩处理效果好；当含水比为 0.91.0时，两者加固效果相当，而当含水 比大于1.0时，用粉喷桩处理更佳.因此，本条据此提出了选用原则。实际工程中，瑞典针对粉湿喷桩的适用性问题，提出了修正粉喷桩法（MDM）， 该法在粉喷桩钻机喷粉口边上增加几个喷水口，在发挥粉喷桩传统优势的同时， 也有效控制了水灰比问题，改善了粉喷法的效果，扩大了粉喷法的应用范围。4.2.3考虑到双向变截面搅拌桩搅拌头特点和扩大桩径

21、部分抗冲剪破坏的需要， 扩大桩桩体部分高度不宜小于1.5m.钉形搅拌桩是变截面搅拌桩最常用的形式， 根据已有工程实践，从技术经济二方面综合考虑，扩大桩体部分高度不宜大于桩 长的1/3 o4.2.4双向变截面搅拌桩是在双向搅拌桩的基础上经过变截面而成，我国绝大部 分等截面搅拌桩直径为500mm,因此本条规定搅拌桩的非扩大桩体直径不宜小于 500mm。根据已有工程实践和机械能力，一般变径比在为1.52.5，最常用的是2，对于深度不大，浅层缺少硬壳层的场地，变径比可取大值。4.2.5本条给出了钉形搅拌桩变径比理论计算公式。其推导过程如下：在上部荷载作用下，复合地基搅拌桩处于三向受力状态，按照摩尔-库

22、伦破坏准则，其极限承载力与围压大小有关：13 tg2（45 亍）2Cptg（45 亍）式中：1水泥土搅拌桩桩身极限承载力（kPa）；3 桩周土体对桩身的侧向应力（kPa）；Cp桩身水泥土的粘聚力（kPa）；为桩身水泥土的内摩擦角（）结合桩身荷载传递函数可得到桩周土体竖向平均应力为:4 P P(z)sv st mZ ( 3S2 2r2)(正三角形布置桩)(2)svstmZ穿件（矩形布置桩）st桩顶处桩间土承担的平均应力（kPa）；m z深度以上地基土平均容重，地下水位以上取天然容重（kN/m3）;Pu 桩顶承担荷载（kN）;P（z） z深度处桩身轴力（kN）；s正三角形布置桩位桩间距（m）；a

23、,b矩形布置桩位纵横向桩间距（m)；r-桩体半径（m）o由于3 Ko sv，在围压3作用下，桩体极限竖向承载力为：1 Ko庞帖5；）2cptg (45p)2室内水泥土无侧限抗压强度试验条件下：sv=o，则：fcu 2Cptg(452p)采用“边载效应”系数 表示围压条件下对桩身极限强度的影响，即:Ko MS5才)2Cptg(45 亍)f cup2Cptg(45 亍)pKo svtg(45)1J2Cp即:pK。svtg (45)22c p式中：Ko 静止土压力系数;r 桩体半径/m （扩大头深度范围内，为扩大头半径；扩大头深度以下用下部桩体半径）；假设桩体沿桩身强度均匀一致，桩顶和扩大头下部桩体

24、同时破坏，则桩顶承载力极限值为Rafcu AP1，即:f cuRaAp1因此，扩大头下部桩体承载力极限值为:niRaf cu APIRau 1Qsi hi1( Ap1 Ap2)Q pai 1即：%fcu AP1Ra U1 Qsi h i 1(Ap1 Ap2)Qpai 1由上式得：%RaU1 Qsi hi1 (Ap1 Ap2 )Q paf LJuA p2联立(1)、( 2)式得：RaU1Qsi hi1(Ap1Ap2 )Q paRai 1A p1A p2Ap1n1Ra U1 Qsi hii 11 ( A p1Ap2 )Q pa则上下桩径比即变径比为:Ra(9)(10)(11)(12)(13)(14

25、)Rau1 Qsihii 11 (Ap1Ap2 ) Q pa采用搅拌桩单桩承载力特征值和土体承载力特征值（安全系数相同）表示时,则对应正文公式:n1R；U1q hii 11 (Ap1Ap2 )qpa(15)式中：Ra 搅拌桩竖向承载力极限值;Ap1钉形桩上部大直径桩体截面;Ap2丁形桩上部大直径桩体截面；1 变截面处天然地基土承载力折减系数，可取0.70.9;Qsi第i层桩周土的摩擦力极限值；Qpa 变截面处地基土承载力极限值（ kPa）；fcu 与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长70.7mm的立方体，也可采用边长为 50mm 立方体）的 90 天龄期的无侧限抗 压强度平均值（

26、kPa）。4.2.6 双向变截面搅拌桩设计桩间距确定方法与普通复合地基桩间距确定方法基 本一致，但由于双向搅拌技术提高了桩身强度、 减小了桩周土的扰动， 故可适当 加大桩间距， 特别是钉形搅拌桩能够有效减小复合地基变形， 当以变形控制设计 时可以大大提高桩间距， 已有工程实践中钉形搅拌桩最大桩中心距达到了 2.6m， 运营多年证明了有效性。故此，本规范推荐双向变截面搅拌桩桩间距可为 1.6m2.5m。4.2.7 根据复合地基桩土共同作用协调变形的要求，复合地基技术规程 GB/T50783 中规定复合地基顶部应设置垫层，并给出了垫层材料和厚度的取值。本条 刚性基础下垫层设置按照该规范执行。钉形搅

27、拌桩复合地基由于扩大头锚固作用， 保证了桩土协调变形的效果， 已 有工程实践表明在路堤荷载下可不设置褥垫层， 江苏省沪苏浙高速公路、 连临高 速公路等多条高速公路工程中也得到了实践验证。4.2.9 钉形搅拌桩是最常用的变截面搅拌桩形式，本规程按照复合地基技术规程GB/T 50783给出了钉形搅拌桩复合地基承载力计算公式， 中部和底部扩径搅 拌桩复合地基承载力计算公式研究深度尚不够， 本规范中没有给出， 可以参考钉 形搅拌桩计算。该公式中的桩间土承载力折减系数与现有建筑地基处理技术规范JGJ79和复合地基技术规程 GB/T 50783有一定提高。 建筑地基处理技术规范 JGJ79 中，当加固土层

28、为淤泥、淤泥质土和流塑状软土时，桩间土难以发挥承载作用，取0.10.4,固结度程度好或设置褥垫层时可取高值；其他土层可取0.40.8; 加固土层强度高或设置褥垫层时取高值， 桩端持力层土层强度高时取低值； 确定值时还应考虑建筑物对沉降的要求， 当建筑物对沉降要求严时， 应取低值。复 合地基技术规范 GB/T 50783和公路软土地基路堤设计与施工技术细则 JTG/T D3102 规定：当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土地基承载力特征值 的平均值时，可取 0.10.4，差值大时应取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土地基承载力特征值的平均值时，可取0.500.95,差值大时

29、应取高值。钉形搅拌桩采用双向搅拌技术，现场测试表明该技术对桩周土扰动小，且桩 顶锚固协调作用， 其桩土共同作用效果优于常规搅拌桩，故可适当提高 值，推 荐取 0.50.9，当加固土层为淤泥、淤泥质土和流塑状软土时，取低值。4.2.11 本条给出了钉形搅拌桩单桩承载力计算方法。 根据多年的现场载荷试验和 理论研究， 钉形搅拌桩单桩破坏模式主要有三种形式即刺入、 扩大桩体翼缘底部 桩体和桩顶屈服。 本条分别给出了这三种破坏模式的单桩承载力特征值计算公式。 当不能判断破坏模式时取三者最小值，以保证安全。其中，桩身强度折减系数比建筑地基处理技术规范JGJ79和复合地基技术规范GB/T 50783等有所

30、提高，建筑地基处理技术规范 JGJ79中粉喷 法可取 0.20.25，浆喷法法可取 0.25；复合地基技术规范 GB/T 50783和公 路软土地基路堤设计与施工技术细则 JTG/T D3J 023规定：粉喷法可取0.20 0.30，浆喷法可取 0.250.33；由于双向搅拌工艺能显著提高搅拌均匀性和桩身 强度，现场取芯试验也表明， 双向搅拌桩取芯强度可达室内试块强度的 0.60.8， 故适当提高 取值为 0.30.4。qsi、qsj桩周土的摩阻力特征值。根据建筑地基处理技术规范JGJ79对淤泥可取47kPa；对淤泥可取612kPa；对软塑状态的粘性土可取1015kPa； 对可塑状态的粘性土，

31、可取 1218kPa；对稍密砂类土可取1520kPa对中密 砂类土，可取2025 kPa。1变截面处天然地基土承载力折减系数；2 桩端天然地基土承载力折减系数。由于搅拌桩为一种半刚性半柔性桩， 极限荷载作用下， 桩端土的承载力难以 充分发挥，根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2012桩端天然地基土承载力折减系数 2可取 0.40.6，由于钉形搅拌桩扩大头高度一般较短， 其下部的天然 地基土承载力更容易发挥，故折减系数变截面处天然地基土承载力折减系数1可取高值，可取 0.7 0.9。4.2.12本条给出了中部扩径桩的单桩承载力计算公式。 根据室内模型试验和现场 载荷试验成果总结，对于中部扩径桩

32、体的变截面搅拌桩，其单桩受力图见下图。 可以看出，在单桩荷载作用下， 其承载力主要由桩侧摩阻力 （小直径桩体和大直径桩体桩侧）、桩端阻力和大直径桩体下部阻力（类似于桩端阻力）组成。另外, 大直径桩体上部土体对大直径桩体的上部有一定的拉力， 由于土体的抗拉强度很 小，在单桩承载力计算时忽略其贡献。其单桩破坏模式分为三类，即上部小直径范围、中部扩径范围和下部小直径范围（图2），本条文分别给出了相应的计算公式。其中桩周土和桩身强度折减系数 同钉形搅拌桩。4214本条按照复合地基技术规范 GB/T 50783关于复合地基沉降计算方法,给出了变截面搅拌桩复合地基沉降按照成层复合地基的沉降计算方法双向变截

33、面搅拌桩复合地基沉降计算也有采用广义桩体法。该方法将变截面搅拌 桩桩体为实体桩体和广义桩体（图3）（具体可见论文路堤下钉形搅拌桩复合地 基沉降计算方法-广义桩体法”，岩土工程学报，2009, Vol.39,No.8。扩大桩体部分为实体桩体，翼缘下未扩大桩体部分假定其桩土变形完全协调并等 效为与扩大桩体直径相等而模量不等的常规等截面桩，其模量按面积置换率取桩、 土复合模量，并采用差分法计算加固区的沉降Dk-ILiSiid图3 广义桩体法沉降计算模式加固区下卧层沉降计算， 考虑到广义桩体的存在， 假定加固区下卧层顶面的 附加应力分布形式与地表路堤荷载分布形式一样为梯形， 但附加应力值小于地表， 推

34、导给出了下卧层沉降计算方法。对于未打穿软土层的悬浮型搅拌桩复合地基，其沉降可采用下列方法计算：SSefS2(16)Seff,f(K)S1(17)f,1.1870.171(5.064.88 ) /100(18)fK0.6110.321(8.637.76 )K /1000(19)式中： S1 采用复合模量法计算得到的加固层压缩量；S2 下卧层压缩量；Scf 修正后的加固层压缩量；桩顶荷载与软土不排水抗剪强度的比值；B桩长置换率(加固桩长度与软土层厚度之比)；K桩土模量比；f ,考虑和B对加固层压缩量的修正系数；f K 考虑桩土模量比K对加固层压缩量的修正系数。4.2.16 本条规定双向变截面搅拌桩

35、复合地基变形计算按 建筑地基基础设计规范GB50007的相关规定计算时复合模量计算方法。其中，桩体压缩模量 Ep 应根据现场水泥土取芯试样测定，初步设计时可取Ep (80100)qu，qu 为现场水泥土桩芯样无侧限抗压强度，对于粘土取低值， 粉土、砂土取高值。现有复合地基技术规范GB/T 50783建议可取(100200)qu ；建筑地基处理技术规范JGJ79-2002取Ep (100120) feu，仏为90d龄期的水泥土立方体试块抗压强度平均值； 公路软土地基路堤设计与施工技术细则JTG/T D31-02 规定取 Ep 83.4qu。 软土地基深层搅拌加固法技术规程(YBJ225-91第3

36、.0.5条规定取E p (100120)qu ;粉体喷搅法加固软弱土层 技术规范(TB10113-96) 3.1.2条建议变形模量E50(120150)qu。根据双向搅拌桩多年的检验和工程实践验证，桩身压缩模量Ep与现场取芯样强度qu有很好的线性关系。考虑到双向搅拌桩的现场取芯强度较高，推荐Ep (80 100)qu o4.2.17本条采用成层复合地基固结理论计算双向变截面搅拌桩复合地基固结度，给出了双向变截面搅拌桩复合地基固结计算方法。结合双向变截面搅拌桩复合地基按照变截面位置和土层情况分层， 采用均一化计 算复合地基等效固结系数，对于土层单一情况， 采用体积置换率进行等效，对于 土层分层时

37、采用面积置换率进行等效，然后采用成层地基固结理论计算固结度。研究表明：成层复合地基的等效固结系数主要与置换率和桩、土模量有关，如图4所示。增大桩身模量和桩体置换率，可以有效的提高复合地基固结速率。0.00 010 0.20III1 1O6.1I)16.0014.0012.00,10.00too4.002.00图4搅拌桩复合地基置换率及桩身模量对等效固结系数的影响计算算例工程概况：某公路位于软土地区，路堤顶面宽度 15m，路堤填土高度8m， 坡比1:1.8,路堤底面宽度43.8m，如图5所示。土层分布及其主要物理力学指标 见表1，地下水位与地表平行。I15I曲丄图5某高速公路几何示意图表1 土层

38、分布及物理力学指标土层层厚m压缩模量(Es)MPa泊松比(?)渗透系数(k)m/d孔隙比(e)压缩系数(a)MPa-1淤泥质 黏土层8.53.00.452.668 x 1o1.531.93(1)天然地基淤泥质黏土层平均固结度计算天然地基淤泥质黏土层固结系数 Cv为:42350 10 m /d10c k(1 e) 2.668 10 4 (1 1.53)(20)Cv3a w1.93 10 3式中：k软土渗透系数;e 软土天然孔隙比;a 软土压缩系数；水的重度，常温常压取10kN/m3。以第100天时地基平均固结度为例,根据太沙基固结方程，计算第100天时天然地基淤泥质黏土层竖向平均固结度 Us为:

39、82 qt82 350 10 4 100八U s 12exp12 exp0.497(21)4 H4(8.5)2(2其中，H为排水距离，下卧层为透水性良好的砂土，黏土层采用双面排水，排水距离取黏土层厚度的一半，即 4.25m进行计算。(2)钉形搅拌桩复合地基固结度计算该工程地基处理采用钉型搅拌桩加固，设计桩长8.5m，搅拌桩扩大头部分高度H=2m,扩大桩体直径dd=1m,未扩大头部分高度 H2=6.5m,桩径dc2 =0.5m，桩间距1.6m，三角形布桩。下面对比计算第 100天时地基平均固结度。1)钉型搅拌桩复合地基平均固结度计算(按体积置换率等效) 天然地基淤泥质黏土层固结系数 Cv 350

40、 10 4 m2/d。体积置换率(mt =0.149)计算加固区等效固结系数Cg :Cveq mEP (1 m)Es149 80 丫 .149)3 350 10-4 0.169m2/d (22)Es第100天时，按体积置换率计算复合地基加固区竖向平均固结度UCh,t为:Uch,t 12expCveq,H 2H2-exp0.169 1004(8.5/2)20.919 (23)加固区为双面排水，排水距离 H取加固区高度的一半为4.25m。2）钉型搅拌桩复合地基平均固结度计算（按面积置换率等效）合土层根据面积置换率进行分层计算，扩大桩体复合土层m1=0.354,未扩大桩体复m2 =0.086，两复合

41、土层等效固结系数Cveq1和Cveq2分别为:cveq1mijEp(1 m)Es354 80 (1 .354) 3 350 10-40.353m2/d (24)Cveq2mEp (1 m2)Es.86 80 (1 .086) 3 350 10-40.112m2/d(25)Zhu G, Yin J H.采用Zhu和Yin提出的成层地基固结度计算方法（详见文献Con solidati on of double soil layers un der depth-depe ndent ramp load. Geotech nique,1999, 49(3): 415-421),计算复合地基加固区竖向平

42、均固结度Uch ,t为0.829,这比按体积置换率计算得到的复合地基加固区竖向平均固结度UCh,t小另外，分别按照Zhu和Yin方法和太沙基方法，计算两种等截面桩（桩径为1.0m和0.5m）复合土层竖向平均固结度，两种方法计算结果相等，复合土层竖 向平均固结度分别为0.993和0.824，Ut值介于两值之间。天然地基和变截面 搅拌桩复合地基计算固结度曲线对比如图6所示。图6钉型搅拌桩固结度历时曲线比较度结固均平向竖4.2.18 本条给出了双向变截面搅拌桩加固软土路堤稳定性计算分析方法， 推荐采 用 Bishop 圆弧滑动法计算。复合地基内滑动面上的抗剪强度可采用复合体不排 水抗剪强度。搅拌桩桩

43、体的抗剪强度取值方法有不排水抗剪强度法和排水抗剪强度法两 种，设计计算年中应取两者的较小值用于稳定性计算。采用不排水抗剪强度计算时， 因当搅拌桩加固地基发生滑移破坏时， 桩身往 往已发生较大变形， 故宜采用残余强度。 设计计算中水泥土的残余强度可取峰值 强度的 80%。又因水泥土的峰值不排水抗剪强度可取无侧限抗压强度的一半，因此，搅拌桩桩体的不排水抗剪强度一般可取现场原状芯样无侧限抗压强度的 0.4 倍。当无现场原状水泥土试样时， 可采用室内配合比试验试样测试结果。 由于室 内芯样较现场更为均匀，其无侧限抗压强度约为现场芯样强度的 60%80%（前 文承载力确定时桩身强度折减系数n取0.30.

44、4）,故现场水泥土不排水抗剪强度可取室内配合比试验试样无侧限抗压强度的 0.240.32倍。根据 EuroSoilSta（b 2002）、Filz 和东南大学岩土学科等单位和学者研究成果， 为考虑路堤荷载下搅拌桩加固桩体的不同破坏模式（剪切破坏、弯曲破坏、 倾斜 破坏等），稳定计算中搅拌桩桩体的不排水抗剪强度根据加固位置 （主动剪切区、 直剪区、被动剪切区）差异设定不同上限值，因此本规范中规定主动剪切区取 min0.4qu , 200kPa,直剪区值 min0.4 久，100kPa,被动剪切区取 0。研究表明， 水泥土排水抗剪强度主要与粘聚力分量有关， 且随无侧限抗压强 度的增加而增大，为此搅

45、拌桩桩体的排水抗剪强度指标内摩擦角取定值 30o,通 过水泥土的粘聚力的变化反映桩体强度的变化。 另一方面, 为了反映路堤下不同 部位处搅拌桩的不同破坏模式（剪切破坏、弯曲破坏、倾斜破坏等） ,对不同位 置处（主动剪切区、直剪区、被动剪切区）的水泥土粘聚力进行折减,主动剪切 区取折减系数? 0.3，直剪区? 0.1,被动剪切区? 0。5施工5.1施工准备5.1.2施工场地整平过程中，对场地存在的块径大于 100mm的石块、建筑垃圾、 树根和生活垃圾等应予以挖除后再填素土； 遇有明浜、池塘及洼地等也可先填素 土后再进行施工，这样可以大大提高施工效率。5.1.5搅拌桩施工时，搅拌次数越多则越均匀，

46、水泥土强度也越高，但施工效率 就降低。试验证明，当加固范围内土体任一点的水泥土每遍经过20次的拌合，其强度即可达到较高值。本条规定了其设备配置的要求d /鱼费訥制累鮎|监控主机试计卑惶弟三方监炭业圭单也5.1.6传统单向搅拌桩施工质量控制方式均为现场人力监督、工后抽查验证，这 类被动的质量控制方式效率低且难以保证成桩质量。 近年来，水泥土搅拌桩施工 自动监控系统已经不断成熟，在工程中得到了推广应用，其组成原理如图7所示。履氓两工猊無图7双向变截面搅拌桩自动监控施工系统组成示意图自动监控施工系统在搅拌桩机上安装深度传感器、流量计、电流传感器、测 斜仪和监控主机，四种传感器对成桩深度、喷浆量、内、

47、外钻杆电流和桩机机架 垂直度进行实时监测，实时采集的数据有线传输至监控主机， 供监控主机完成分 析与控制工作。监控主机根据内、外钻杆电流值判别土层，并据此实时调节智能浆泵的喷浆 速度，以达到不同土层区别喷浆的目的。同时， 监控主机对传感器采集的施工数据进行分析，与设定的报警限值进行对比， 如超出报警限值则响起警报，督促现 场操作人员及时检查纠正。在线式自动制浆站自动制浆站设置于施工场地外围并应进行地面硬化处理， 自动制浆站制浆根据设定的水灰比等参数，可实现自动批量制浆，并将用水量、 水泥用量等制浆数据实时上传 至监控主机。信息传输系统原理如图&搅拌桩实时施工数据由监控主机通过电信网络或有线传输

48、至现场监控中心，现场监控中心再通过电信网络上传至互联网服务器， 管理终端可通过手机、计算机等网络通讯设备登录互联网服务器实时监控或查询图8双向变截面搅拌桩自动监控施工信息传输系统示意图5.2施工工艺5.2.2搅拌桩属于非挤土桩，一般情况下对周围土体扰动影响小，双向搅拌桩施 工扰动更小，因此对于大多数工程场地，可以按照施工场地进退场便利条件进行 顺序施工。当周边有建（构）筑物或边坡时，为确保安全，应从建（构）筑物或边坡 一侧开始施工。当存在地下水径流时或临近海边受潮汐影响导致地下水位频繁变 化时，为避免水泥浆（粉）被地下水带走，应采取必要的措施，并在施工顺序上 从径流的上游开始施工，可以局部切断

49、地下水的流动路径， 保证后续搅拌桩的施 工质量。5.2.3双向搅拌桩由于采用了双向搅拌工艺，两搅一喷就能保证搅拌次数和均匀 性，已有工程实践也证明了二搅一喷工艺的有效性。因此，本规程推荐二搅一喷工艺。5.2.4双向变截面搅拌桩施工工艺在扩大桩体部位，由于喷浆（粉）量是正常桩径处 的4倍，为满足掺灰量设计要求，在调整下沉和提升速度的同时需要进行复喷与 复搅，以保证成桩质量。526双向变截面搅拌桩变截面工艺是通过改变搅拌轴旋转方向实现的，并在监 控过程中通过监控电流增大与否进行判断确定。为确保变截面施工顺利实施，本条要求在每次搅拌头提升至地面后进行下一根桩施工前，采用人工方法检查叶片 自由伸展情况

50、并进行必要的清理。5.2.7本条按照复合地基技术规程GB/T 50783执行，主要是考虑到搅拌桩顶 部由于侧向压力小，成桩质量受影响， 故超打一定高度，在进行基槽开挖或地基 整平是挖除。但在公路、铁路工程中往往不严格要求挖除， 而是通过整平作为基 地垫层，对于双向搅拌桩，其地表不存在冒浆现象，桩头质量与桩身质量差别不 大，因此不强制要求挖除。5.2.9采用自动监控施工系统的双向变截面搅拌桩，一般情况下不再需要进行监 理旁站，但也要及时整理施工记录以便及时发现问题，确保施工质量。5.3施工质量控制5.3.3实际质量检测时，单桩施工质量以桩身强度和承载力为评判依据。影响水 泥土搅拌桩桩身强度的主要

51、因素为施工过程中搅拌均匀性和水泥掺入量，搅拌均匀性主要受下钻、提钻速度和电机转速影响，水泥掺入量则主要受水灰比、 喷浆量影响，而喷浆量又与下钻、提钻速度和喷浆速度有关；影响承载力的主要因素为桩长、桩径、垂直度和桩身强度。在实际施工过程中，成桩直径由搅拌叶片的 直径决定，与电机转速一样，一般设定不变。扩大桩径则通过监控电流可以确定。 因此，双向变截面搅拌桩施工质量的关键控制参数为下钻与提钻速度、喷浆量、 水灰比、垂直度、桩长和电流。考虑监控设备测试精度、耐久性、价格及维护等 方面要求，确定双向变截面搅拌桩施工质量自动监控关键参数采集传感器、频率与标准如表2所示。表2双向变截面搅拌桩自动监控施工参

52、数与其控制标准序号施工参数传感器类型采集频率标准值报警值1下钻与提钻速度深度传感器实时采集v 2m/min 2m/min2喷浆量电磁流量计实时采集100%设计值v 80%设计值3水灰比在线式自动制浆站1次/盘？100%设计值N设计值4垂直度测斜仪实时采集1% 4%5桩长深度传感器实时采集100%设计值 98澱计值6扩大桩径电流传感器实时采集5.3.7双向变截面搅拌桩是通过改变搅拌轴旋转方向实现叶片伸展，根据工程实践，叶片伸展过程中，电机电流会明显增大，因此可以通过监控电流的变化确认 叶片伸展与否。5.3.9搅拌桩施工过程中可能会出现一些异常情况如遇到孤石等障碍物、 停电等， 此时不得不中断施工

53、，需经处理后方可继续施工。对于停电导致的停浆 （粉），应 将搅拌头提升（下沉喷浆）至停浆点 0.5m处，待恢复供浆（粉）时，再继续喷浆 搅拌下沉；浆喷桩若停机超过3h，宜先拆卸输浆管路，并清洗后方可继续使用。5.3.10自动监控施工系统现以配有成桩质量统计程序， 该程序根据第6章的施工 质量检验标准，通过对施工监控参数的分析，可以对每个桩的成桩质量进行评价， 并可按施工批次进行统计评价。因此施工完毕后宜分批次对所有成桩记录进行质 量分析并给出初步评价。6检验与验收6.1检验6.1.1以往搅拌桩检验方法一般采用按百分比随机抽桩的方法进行。双向变截面 搅拌桩自动监控施工系统具有成桩质量评价功能，根

54、据施工监控参数将成桩质量分为优、良、合格与不合格四个等级，因此，施工完成后的桩身质量检验可以在 成桩质量统计的基础上，重点选择不合格桩和合格桩进行进一步检验。优，良桩则仅进行少量验证，以提高检验效率。1本条属于自检范围，施工单位在分析自动监控质量统计的基础上，进行开挖检验桩头顶部，特别对钉形搅拌桩， 通过开挖检验其扩径效果。检验频率应根 据设计要求，建筑地基处理技术规范JGJ79BK复合地基技术规程GB/T 50783 均推荐检验频率为总桩数的 5%,对于公路、铁路等线长量大工程，检验频率可 为总桩数的1%。，且不少于3根。附录C给出了开挖检验记录表。2工程实践表明，采用钻孔取芯方法是检验搅拌

55、桩搅拌均匀性评价其桩身强 度的最直观有效的方法。但取芯工艺对取芯质量有较大影响， 本条规定采用双管 单动取样器进行取芯，并选取代表性芯样进行室内无侧限抗压强度试验确定其强 度qu ;关于钻孔直径，复合地基技术规程GB/T 50783中要求不宜小于108mm,根据近年来的取芯实践，采用89mm的钻孔直径能更好地保证取芯质量， 因此本 规程推荐最小取芯直径为9mm。检验桩的成桩龄期一般应达到28天，在特殊情况下，进行15天龄期的检测, 水泥土 15天龄期抗压强度与28天龄期抗压强度换算关系如下：0.6鱼qu2(26)式中：qu1 龄期为T1的水泥土抗压强度;qu2龄期为T1的水泥土抗压强度。标准贯

56、入试验用于检验搅拌桩成桩质量和强度，其贯入器中的芯样可以辅助 评价搅拌均匀性，标贯击数主要取决于桩身强度，最早在江苏省高速公路工程中 应用，积累了大量工程实践和资料，已经建立了相关关系，并已颁发了江苏省 高速公路水泥土搅拌桩检测工作实施细则(苏高技 (2003)147号)和江苏省地 方规程公路工程水泥搅拌桩成桩质量检测规程 DB32/T 2283-2012。近年来标 准贯入试验检验搅拌桩质量和强度得到了推广应用。本规程推荐该方法。检验数量应符合设计要求，复合地基技术规程 GB/T 50783推荐检验频率 为总桩数的1%2%,建筑地基处理技术规范JGJ79推荐检验频率5%。且不少 于6根；为对于

57、公路、铁路等线长量大工程，检验频率可为总桩数的5%。，且不少于 6 根。附录 D 规定了桩身质量取芯与标准贯入试验评价方法。3 对于变截面搅拌桩扩大桩体部分的检验，本规程也推荐取芯和标准贯入试 验的方法。钻孔取芯位置拟在扩径范围中心处， 钻孔取芯和试验方法按照附录 D。 检验频率参考 2。6.1.3 双向变截面搅拌桩复合地基承载力的检验应进行单桩或多桩复合地基静载荷试验。检测分两个阶段， 第一阶段为正式施工前的试验工程， 目的是为检验优 化设计提供依据， 试验数量单项工程不少于 3 根；第二阶段为施工完成后验收检 验，检验数量符合设计要求，建筑地基处理技术规范JGJ79和复合地基技术规程 GB/T 50783推荐检验频率为总桩数的 1%；对于公路、铁路等线长量大 工程，检验频率可为总桩数的 1%2% ，且不小于 3根。对重要工程和变形要求严格时宜进行多桩复合地基静载荷试验， 对变截面搅拌桩 复合地基载荷试验板尺寸， 考虑搅拌桩复合地基承载机理和破坏模式， 本规程要 求按照桩顶尺寸确定。6.1.4 对于建筑工程，往往需要进行基槽开挖，这时可以更加准确地确定桩位和 桩顶质量，因此当有基槽开挖时应增加该条检验。