新型地基处理方法概述.doc

新型地基处理方法概述摘 要：为了工程建设，经常需要对不良地基进行处理和加固、在地基处理和加固方面，工程地质和岩土工程界的学者和技术人员进行了不懈的努力，在既有技术理论的基础上取得了许多成果，积累了丰富的经验，促使新技术、新方法不断涌现。本文针对目前出现的地基处理新方法作了全面的概括和分析，对其处理的原理、施工工艺和适用场合做了简单的介绍,为地质条件不好或软弱地基处理方法的选择提供了依据。关键词：地基处理，排水粉喷桩，双向水泥土搅拌桩，钉形水泥土双向搅拌桩，原理1排水粉喷桩粉喷桩复合地基以及竖向排水体联合加载预压虽然在处理软土地基方面有着各自的优点，但是它们各自有着一定的缺陷。粉喷桩处理费用过高，竖向排水体处理工期过长这都是工程实践所证明的。怎样解决这些问题是现代岩土工程师所考虑的问题。粉喷桩处理过程可能出现如下不良现象：粉喷桩在处理地基时如存在临空面时，粉喷桩施工会引起边坡失稳；在已有构筑物附近施工，会引起地面开裂、构筑物受损等现象；施工完后粉喷桩突然下沉等。分析其原因认为是由于：粉喷桩施工时的压缩空气对周围土体施加的侧向压力；搅拌叶片搅拌时对周围土体施加的剪切力。因此，考虑到粉喷桩施工过程中所产生的上述不良作用，同时结合塑料排水板具有缩短土体排水路径、加快土体固结速度的特点，东南大学岩土工程岩土所提出了排水粉喷桩复合地基(即简称排水粉喷桩)。该工法充分考虑了粉喷桩与竖向排水体的各自特点，把粉喷桩与竖向排水体处理技术的优点体现出来。因为，粉喷桩施工时的喷粉压力对桩周土体产生超静孔隙水压力，而塑料排水体的存在，对桩周土体超静孔隙水压力的消散起着积极作用。同时，由于塑料排水板的排水、通气作用，使粉喷桩施工时喷粉更为顺畅，特别是深部桩身质量会比常规粉喷桩桩身质量好，而深部桩身质量较差是常规粉喷桩施工中存在的一个不争的事实。(1)加固机理粉喷桩施工对桩周土体的劈裂作用粉喷桩施工过程由于侧向喷粉压力作用，桩周土体的抗拉强度又非常小，因此在粉喷桩施工过程中，喷粉压力会对桩周的土体产生一种劈裂作用(图1)。排水粉喷桩由于在桩周加设了塑料排水板，致使粉喷桩施工过程中所产生的喷粉气流在土体中的流动更为顺畅，因此，排水粉喷桩施工过程对桩周土体的劈裂作用更为显著。这种劈裂作用是由气体压力所致，因此称之为气压劈裂。气压劈裂可以理解为：由于气压的作用，在岩体或土体中引起裂缝的发生与扩展的一种物理作用现象。 图1 气压劈裂作用由于劈裂作用，桩周土体的渗透系数大大增加，这是一个较难以量化的参数。现场排水粉喷桩单桩试验中，通过对桩周土体超静孔隙水压力消散速度的测试分析，发现在劈裂作用下，在不到2d的时间里，就可以使施工中在桩周土体中所产生的几千帕斯卡的超静孔隙水压力消散完毕。因此可以假设，在粉喷桩施工中，超静孔隙水压力消散、土体固结过程符合Barron的固结理论，应用Barton的径向固结度计算公式，由现场实测数据，可推算出在劈裂作用后，桩周土体径向渗透系数变化。由于劈裂作用，使桩周土体的渗透系数增大，大大缩短了载荷作用下地基土达到一定固结度所需的时间。排水粉喷桩工法对桩身质量的影响粉喷桩施工中桩身质量的好坏直接影响着复合地基承载力的高低，在常规粉喷桩施工中，深部的桩身质量往往偏低。相关研究表明，当搅拌深度超过一定深度后，在黏性较大的淤泥或黏性土中，固化料喷出困难，喷搅不匀，严重影响了桩体强度。当粉喷桩长度超过100m时，粉喷桩下部没有形成一定形状的桩体，仅仅是少量的水泥与原来的地基土层拌和在一起，发生了很少的化学反应，还未达到足够的成桩强度。究其原因，主要是因为：在粉喷桩施工过程中，当钻头搅拌到深部后，此时喷嘴处的水压力要比浅部要大，而喷粉压力在整个施工过程中的变化则很小，因此水泥粉就难以从钻头中喷射出来。导致了粉喷桩在深部施工时，喷粉压力对桩周土体的影响由于围压的增加而减小了。在喷嘴附近，由于围压过大，使得喷粉有可能不连续，从而使粉喷桩桩身的搅拌不均匀，成桩质量差，强度低。在排水粉喷桩的施工过程中，由于在桩周设置了塑料排水板，在喷射过程中，会产生气压劈裂作用(如图2)。由于气压劈裂作用，桩周土体产生裂缝，裂缝会延伸到塑料排水板，致使粉喷桩施工过程所产生的气体压力迅速得以排放。从而使水泥粉可以顺畅从喷嘴中喷出，使粉喷桩在搅拌过程中水泥土的搅拌更为均匀，桩身质量更好。图2 排水粉喷桩施工过程的劈裂作用 图3 排水粉喷桩施工的平面布置(2)施工工艺排水粉喷桩工法是由竖向排水体与粉喷桩相结合的一种新型软基处理方法，其施工顺序直接影响着复合地基的处理效果。对于大面积软基，利用该工法进行处理，其经济性良好。为了便于施工，竖向排水体采用塑料排水板。所谓排水粉喷桩，就是将塑料排水板与粉喷桩两种地基处理方法有机结合起来，形成的一种新型的软基处理方法。粉喷桩与塑料排水板均采用梅花形布置，如图3。在进行排水粉喷桩施工前，清理平整场地，清除高空和地面障碍物；测量放线、测量地面平整后标高。砂垫层的施工砂垫层的铺设为排水粉喷桩施工的第一步，砂沟的位置应布置在塑料排水板连线上，同时注意以下几点：a用人工或挖槽设备按施工图开挖沟槽，沟槽深度和宽度严格按设计文件进行，沟槽深度以50cm为宜，宽度为20cm；b铺设砂垫层，选择中粗砂作为砂垫层的原料，铺设在已开挖好的沟槽内，简单压实；c路基两侧开挖边沟以利塑料排水板在施工时的排水，同时防止砂垫层污染。塑料排水板施工在砂沟开挖好，填上砂形成砂沟后，进行塑料排水板打设。塑料板打设按以下几点要求与施工工序进行：根据打设板位进行打设定位；将塑料带通过导管穿出；安装管靴；沉设导管；开机打设至设计标高；提升导管；剪断塑料排水板；检查并记录板位等打设情况；移动打设机至下一板位。施工过程中的注意事项a严格按施工图设计的位置、深度及间距进行测放。排水板的顶部伸入砂垫层至少30cm，使其与砂垫层沟通，保证排水畅通。b插板机上设有明显的进尺标记，以控制排水板的打设深度。c塑料排水板在打设过程中应保持排水带不扭曲，透水膜不被撕破和污染。d打设过程中，当塑料排水板长度不够时，不允许使用搭接延续的塑料排水板，以确保排水性能，须将不够尺寸的排水板抛弃。e排水板与锚销连接可靠，并且锚销与导管下端口密封要严，以免进泥。施工中采用h形锚销，一是防止打设过程中土层与插板直接接触，损伤排水板；二是防止泥土进入导管。f打设后外露的排水板不得遭污染，应及时清除排水板周围带出的泥土并用砂填实。g进场堆放在现场的塑料排水板应予遮盖，防止长时间暴露在阳光中造成老化。施工质量控制要点a塑料排水板施工允许偏差：板距偏差为15cm，竖直度偏差小于15，板长要求不小于设计长度；b塑料排水板透水滤套不得被撕破、划裂及污染，如发生上述现象须将破损段裁掉，以免影响排水板的有效工作性能；c塑料排水板搭接采用滤套内平接的方法，芯板对扣，凸凹对齐，搭接长度不小于20cm，滤套包裹后用绑丝或针线缝接牢靠；d插入过程中导轨要垂直，钢套管不得弯曲。每次施工前要检查套管中有无泥土杂物进入，一旦发现要及时清除，防止插入及拔出过程中污染排水板或划裂滤套；e排水板与靴头固定架要连接牢固，防止拔出套管时发生跟带现象。如排水板跟带大于50cm，则应在旁边重新补打；f插板施工完毕后，要注意及时将板头埋入砂砾垫层中，防止机械及车辆碾压损坏外露板头。粉喷桩的施工工艺与常规粉喷桩基本相同。图4为排水粉喷桩施工的整个流程图，该工法施工的主要环节是施工的先后顺序，同时注意把塑料排水板连成一条排水的盲沟，这主要是以便于粉喷桩施工时水的排出。并且，在粉喷桩施工时，注意对塑料排水板的保护。(3)适用条件排水粉喷桩是粉喷桩与塑料排水板相结合的一种新型地基处理方法，因此它的使用也有着一定的适用条件。常规粉喷桩由于受搅拌机械搅拌能力的限制，一般对于地基承载力大于120kPa的黏性土和粉土地基不适用，对于排水粉喷桩来说，也必须满足这一条件。如所处理的软基有机质含量较高，也会影响着水泥与土体的水化反应，水泥土的强度也会降低，在这种情况下，只有增加水泥用量，才能达到设计要求的强度。 图4 排水粉喷桩施工流程 含水量应大于35的各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和黏性土地基均适合用排水粉喷桩进行加固。因此可见，排水粉喷桩主要适用于淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的黏土、粉质黏土、粉土等软土地基，且含水量应大于35。而对于土中含伊利石、氯化物和水铝英石等矿物时，加固效果较差。土的原始抗剪强度低于2030kPa时，加固效果也较差。当粉喷桩用于泥炭土或土中有机质含量较高，pH值小于7和地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。另外若地下有大于10cm的石块或其他障碍物时，应先清除。目前，国内常规粉喷桩处理软土的有效加固深度一般难以超过14m。对排水粉喷桩的加固深度，由于该新工法中的塑料排水板具有排水、导气作用，软基的处理深度与常规粉喷桩相比，加固的有效深度将会大大增加，预计可达到20m。2双向水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩处理软土地基具有较多优越性的同时，在实际工程应用中也暴露出一些弊端。由于我国水泥土搅拌桩的成桩机械、施工工艺和施工监控系统比较落后，加上施工操作不规范，设计理论不够完善，在工程中出现不少事故，存在许多问题，主要表现在成桩质量难以保证、处理深度偏浅等方面。因而导致了工程界对水泥土搅拌桩处理软土地基的效果产生怀疑，许多地方对水泥土搅拌桩采取慎用、甚至限用。对水泥土搅拌桩的加固机理及其应用现状的分析研究表明，产生问题的原因主要有以下几个方面。水泥土搅拌桩桩体水泥掺入量达不到设计要求。由于土压力、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，形成“溢浆”，影响水泥土搅拌桩桩体中的水泥掺入量。水泥浆沿桩体垂直分布不均匀。由于水泥土搅拌桩施工过程中存在“溢浆”现象，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小，同时也制约了水泥土搅拌桩的应用范围。搅拌不够均匀。大量工程实例表明，大多数的施工只能控制总的水泥用量和平均掺人量，不能定量控制单位长度的水泥掺量，水泥掺入比沿桩身深度分布不均匀，存在薄弱面。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成块的土团和成块的水泥凝固体。由于水泥土搅拌桩施工过程中对地基土扰动，发生桩体下沉。针对水泥土搅拌法实际存在的上述问题，在系统研究水泥土搅拌桩的加固机理和影响水泥土搅拌桩成桩质量和桩身质量因素的基础上，国内外学者研制出双向水泥土搅拌桩施工技术。双向水泥土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。该工法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，而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分布均匀和搅拌均匀，从而确保成桩质量。(1)加固机理对桩周土体的扰动水泥土搅拌桩施工会对桩周一定范围内的土体产生扰动，使桩周土体强度降低，在土体中产生超静孔隙水压力，随龄期的增长，超静孔隙水压力逐渐消散，桩周土体产生固结，桩周土体强度得到一定程度的恢复。水泥土搅拌桩施工对桩周土体的扰动可认为是由于喷浆压力和搅拌桩叶片切割土体过程中对桩周土体施加的剪切力共同作用引起的。由于双向搅拌桩施工时，安装在内、外钻杆上的搅拌叶片旋转方向不同，施加在桩周土体上的剪切力大小基本相同而方向正好相反，由力学知识可知在距离作用点一定距离处可用合力代替，而其合力基本为零，因此双向水泥土搅拌桩施工对桩周土体的扰动基本可近似认为是由喷浆压力引起的；而常规水泥土搅拌桩施工对桩周土体的扰动则是由喷浆压力和搅拌叶片对桩周土体的剪切力共同作用引起的。从这一点上说，双向水泥土搅拌桩对桩周土体的扰动作用较小。喷浆压力会对桩周土体产生“劈裂”作用，“劈裂”作用有利于水泥浆液渗透进桩周土体。由于水泥的水化以及水泥与桩周土体的化学反应，使桩周土体产生化学固结；而搅拌叶片对桩周土体的剪切作用会对桩周土体产生扰动，同时又有可能削弱“劈裂”作用，使桩周土体的微裂缝不能贯通，影响水泥浆液向桩周土体的渗透，从而导致常规水泥土搅拌桩桩周土体的化学固结程度明显小于双向水泥土搅拌桩。由于双向水泥土搅拌桩对桩周土体的扰动效用要比常规的水泥土搅拌桩低得多，因而在双向水泥土搅拌桩施工过程中，对桩周土体存在较为强烈的“劈裂”作用。总而言之，常规桩施工对桩周土体的扰动程度和扰动范围明显高于双搅桩，同时常规水泥土搅拌桩桩周土体的化学固结程度也明显弱于双搅桩。桩身质量的均匀性从微观结构的角度，由于搅拌机械的切削搅拌作用，不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间和大小土团内部则没有水泥，在桩体中形成强度较大和水稳性较好的水泥结石区和强度较低的土块区。两者在空间上相互交替，形成一种独特的水泥土结构。可见，搅拌越充分，土块被粉碎越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其总体强度越高。目前我国水泥土搅拌桩施工机械基本为单向旋转的单一钻杆的成桩机械，这种传统施工机械施工的水泥土搅拌桩普遍存在水泥掺入量沿深度分布达不到设计要求，水泥浆沿桩体垂直分布不均匀与平面上搅拌不够均匀等问题。双向水泥土搅拌桩成桩工艺，改变了传统工艺施工过程对水泥土的搅拌方式，利用分别安装在内、外钻杆搅拌叶片，同时正反向搅拌、切割土体。由于双向搅拌桩安装在外钻杆上搅拌叶片的反向旋转，不仅能够起到压浆作用，同是对水泥土的切割、搅拌也是非常有利的。双向水泥土搅拌桩施工工艺能够使水泥浆沿桩身分布均匀，且搅拌均匀。(2)施工工艺双向水泥土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，仅将常规水泥土搅拌桩的四搅两喷工艺(搅拌四遍、喷粉两遍)改变为两搅一喷工艺(搅拌两遍、喷粉一遍)，其桩位布置型式同样可采用梅花形或正方形布置(图5)。具体操作步骤如下所述。平整、压实施工场地，定位放线。搅拌机就位起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中。 图5 双向水泥土搅拌桩施工工艺流程切土下沉启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵向土体喷射水泥浆，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，桩端应就地持续喷浆搅拌10s以上。提升搅拌关闭送浆泵，搅拌机提升、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。双向水泥土搅拌桩的设计方法和常规水泥土搅拌桩的设计方法基本相同，仅将桩身强度和桩间土强度折减系数适当提高即可。(3)适用条件双向水泥土搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、软黏性土及无流动地下水的松散砂土等软弱地基。双向水泥土搅拌桩处理泥炭土、有机质土、塑性指数大于25的黏性土、N63.518的砂性土和地下水具有腐蚀性时必须通过现场试验确定其实用性后，方可采用。双向水泥土搅拌桩桩长应根据变形要求确定，宜穿透软土层，处理深度不宜超过20m。3钉形水泥土双向搅拌桩大量工程实例表明，常规水泥土搅拌桩除存在桩身质量不均匀和对桩周土体的扰动较大外，还存在下述问题。桩土共同作用难以协调，需在桩顶部设置垫层或土工织物加筋层。桩间距较小，破坏了土体的天然结构，硬壳层自身强度没有充分发挥。针对上述问题，东南大学岩土工程研究所成功研制出钉形水泥土双向搅拌桩及其施工工艺。钉形水泥土双向搅拌桩是在分析水泥土搅拌桩复合地基应力传递规律和土拱效应的基础上，对现有设备进行改进，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，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(图6图8)。 图6 钉形水泥土双向搅拌桩 图7 钉形水泥土双向搅拌桩开挖图片 图8 钉形水泥土双向搅拌桩施工结束图片(1)加固机理钉形水泥土双向搅拌桩除具有双向水泥土搅拌桩对周围土体的扰动小、桩身质量均匀的优点外，还具有充分利用土拱效应原理，增大桩土应力比，使桩体承担大部分上部荷载；充分利用桩身荷载传递规律，能够将上部荷载传递到较好处理层减少地基沉降。钉形双向搅拌桩桩承式路堤土拱效应钉形双向搅拌桩复合地基中，钉形双向搅拌桩桩体和桩间土在路堤荷载作用下，由于钉形双向搅拌桩桩身的压缩性远小于桩间土，从而引起桩顶附近桩间土的沉降量大于桩顶的沉降量。沉降差使桩间土上部路堤填土相对钉形双向搅拌桩扩大头桩顶上部路堤填土产生下滑的趋势，而土体内部的摩阻力有阻止其产生相对滑移的趋势。于是相应桩身平面上一定范围内土体产生应力重新分布，大主应力方向发生偏转而大致平行于相邻两桩之间的圆拱形连线，形成拱状的压密壳体。桩间土上部的填土荷载通过这个压密壳体将自身的部分荷载转移到了桩顶上部填土，这种现象称为钉形双向搅拌桩桩承式路堤中的土拱效应，此压密的壳体即为土拱体。可见，钉形双向搅拌桩桩承式路堤中土拱效应的形成机理是通过对路堤土体中抗剪强度的调用，将临近屈服、沉降较大土体中的应力向沉降较小并能够承担更多荷载的桩身的传递过程。因此，土拱效应一经产生，意味着桩土之间存在着差异变形、主应力发生了偏转且变形较小的桩体承担了大部分的路堤填土荷载。产生土拱需要三个充分条件：a路堤填土产生相对位移，如果没有相对位移，抗剪强度得不到发挥，应力就不能发生转移；b支撑土拱的拱脚，由于力的平衡条件，转移的应力必须由其他机构来承担；c土拱体具有足够的抗剪强度，只有在土体所受剪应力小于其抗剪强度的条件下，土体才可能调动其自身强度以抵抗剪应力。由路堤荷载作用，桩土特性及桩土受力机制不难得出，钉形双向搅拌桩的扩大头为路堤土拱提供了一个相对稳定的坚固拱脚，承受由拱体传递的土拱上方的大部分路堤填土荷载。土体中土拱的白发形成，必然应使其最大限度地发挥效益，土拱的拱形及结构一定是最合理的。钉形水泥土双向搅拌桩桩身和在传递规律a刚性基础下钉形水泥土双向搅拌桩荷载传递规律刚性基础下钉形水泥土双向搅拌桩水泥土双向搅拌桩是一个由桩体、刚性基础和上部结构等几部分组成，这几部分互相作用，互相影响，其作用机理和沉降特性较为复杂，尤其是钉形水泥土双向搅拌桩处桩一土之间的荷载分配规律对分析钉形水泥土双向搅拌桩水泥土双向搅拌桩的工作性状和进行相关的设计有十分重要的意义。图9为刚性基础下扩大头高度4m，上部截面直径1000mm，下部桩体截面500mm桩身荷载实测图。在刚性基础下，钉形水泥土双向搅拌桩桩身荷载呈三阶段衰减模式，即扩大头桩身荷载衰减、变截面“翼缘”下荷载骤减和下部桩身荷载衰减，其中扩大头桩身荷载衰减速度最快，其次为变截面“翼缘”下荷载骤减。变截面水泥土双向搅拌桩单桩通过前两阶段桩身荷载衰减，既能保证下部桩体的安全工作，又可充分协调桩周土体共同承担上部荷载。b路堤荷载下钉形水泥土双向搅拌桩荷载传递规律路堤荷载下钉形水泥土双向搅拌桩复合地基是一个由桩体、路堤和地基土等几部分组成，这几部分互相作用、互相影响，其工作机理和沉降特性非常复杂。依据前人的研究成果，对桩身荷载传递规律的主要影响因素有桩和桩周土体的材料性质、荷载性质，对于钉形水泥土双向搅拌桩其单桩设计参数也是重要的影响因素。图9刚性基础下桩身荷载传递规律实测图 图10 路堤荷载下桩身荷载传递规律实测图在路堤荷载作用下，钉形水泥土双向搅拌桩桩身荷载传递规律较为复杂，主要表现在随填土高度增加，桩身扩大头范围内会出现中性点，在中性点以上为负的桩侧摩阻力、中性点以下为正的桩侧摩阻力，直至变截面处；变截面“翼缘”下部的局部范围内会出现负摩阻力；再往下直至桩体下部桩身荷载变化不大，可认为是桩土协调变形的自主微调；在接近桩端的桩身荷载迅速衰减。中性点以上负摩阻力会使桩体承担更大比例的路堤荷载，也就是说桩顶荷载并不是钉形水泥土双向搅拌桩实际承担的路堤荷载，其真正承担的路堤荷载应该是中性点位置的桩身荷载。图10为路堤荷载下下扩大头高度4m，上部截面直径1000mm，下部桩体截面500mm桩身荷载实测图。(2)施工工艺钉形水泥土双向搅拌桩桩位布置形式同样可采用梅花形或矩形布置，施工工艺如图11(a)(h)所示，施工工艺具体操作步骤如下所述。首先平整、压实施工场地，定位放线。搅拌机就位起重机悬吊搅拌机到指定桩位并对中。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射水泥浆，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。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，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，桩端应就地持续喷浆搅拌10s以上。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，至扩大头底面以下051m，开启送浆泵，向土体喷浆，直至扩大头底面标高，关闭送浆泵。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，将钻头提升出地表，并观察叶片展开程度。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。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。图11 钉形水泥土双向搅拌桩施工工艺流程钉形水泥土双向搅拌桩适用条件和双向水泥土搅拌桩类基。(3)设计原则材料的选用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15MPa时，应选用标号在425#以上的水泥；桩体强度小于15MPa时，可选用325#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。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。单桩设计a桩长 钉形水泥土双向搅拌桩桩长一般不超过25m，如地基软弱土层埋深不超过25m，以穿透软土层，或通过沉降验算确定。b上部扩大头高度 钉形水泥土双向搅拌桩的扩大头高度应设计在35m之间，且不大于桩长的13。c上下桩径比 钉形水泥土双向搅拌桩的下部桩径不宜小于500mm，上、下桩径比(Dd)宜在1624之间，桩径大时取小值。Dd也可由下式确定：式中：复合地基设计钉形水泥土双向搅拌桩宜采用矩形或梅花形布置，除在基础范围内布置外，对有边坡工程的尚应在坡脚线外增设一排桩。a桩间距的设计 钉形水泥土双向搅拌桩复合地基的桩间距应根据复合地基的承载力、建(构)筑物允许沉降量、土性、施工工艺等确定，宜取1826，桩径大时取小值。通常按照复合地基承载力确定。b单桩承载力设计 钉形水泥土双向搅拌桩单桩承载力特征值磁的取值，因按照以下要求确定：当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2；当无单桩载荷试验资料时，其计算较为复杂，初步设计时的承载力计算方法请参见相关文献。c复合地基承载力设计 钉形水泥土双向搅拌桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时的估算方法请参见相关文献。d下卧层验算 当钉形水泥土双向搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按照有关规定进行下卧层承载力验算。e沉降验算 地基处理后的变形计算应按照现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同(在变截面处应分层计算)，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量与桩体压缩模量按照面积置换率加权平均，具体计算方法请参见相关文献。地基变形计算深度应大于复合地基的处理深度，并应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)中地基变形计算深度的有关规定。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(见图12)。图12 钉形水泥土双向搅拌桩复合地基沉降示意扩大头深度范围内复合土层平均压缩变形量s1与下部桩体深度范围内复合土层平均压缩变形量s2的计算请参见文献。桩端下部未加固土层平均压缩变形量s3可按照目前国家标准有关规定计算。