标准规范下载简介

T／CECS822-2021 变截面双向搅拌桩技术规程及条文说明.pdf

式中：K.一 静止土压力系数； 桩体半径（m）（扩大头深度范围内，为扩大头半径 扩大头深度以下为下部桩体半径）； v—桩周土体竖向平均应力（kPa）。 假设桩体强度沿桩身均匀一致，桩顶和下部非扩大桩体同时 发生破坏： 桩顶承载力极限值为R三fn.kAl，即：

下部非扩大桩体承载力极限值为：

Rk f cu.k=Al

联立式（8）、式（10)得

江苏商业管理干部学院江宁校区单体设计宿舍C、D单元施工组织设计则上下桩径比即变径比为：

同时采用搅拌桩单桩承载力特征值和土体承载力特征值表示 时，则公式为：

进一步，将面积按桩径表示，得到正文公式：

εRα1 " D"q pa 4 D"q pa Rk元D

中：Apl 钉形桩上部扩大桩体截面（m）； Ap2 钉形桩下部未扩大桩体截面（m²）； D 钉形桩上部扩大桩体直径（m）； 成层复合地基中上部第i层土的厚度（m）； qpa 变截面处地基土承载力特征值（kPa）； q 成层复合地基中上部第i层桩周土侧摩阻力特征值 (kPa); Rk 钉形搅拌桩竖向承载力极限值（kN）； α1 变截面处天然地基土承载力折减系数，可取0.7～0.9； 对称边载效应系数。

4.2.7根据复合地基桩土共同作用协调变形的要求，国家

对于钉形搅拌桩复合地基，由于扩大桩体锚固作用，保证 土协调变形的效果，已有工程实践表明，在路堤荷载下钉形 复合地基可不设置褥垫层，江苏省沪苏浙高速公路、沿海高速 等多条高速公路工程中也得到了实践验证。由此本条对此做 应规定

其单桩破坏模式和位置分为三类，即上部未扩大桩体、中部扩 大桩体和下部未扩大桩体范围（图2），本款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。

1单桩荷载：2一侧摩阻力：3一扩大桩体下部阻力；4一桩端阻

4.3.2本条按照国家标准《复合地基技术规范》GB/T5078

图3广义桩体法沉降计算模式

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：

(16) (17) (18) (19)

4.3.3本条提出了变截面搅拌桩复合地基固结度计算方法。

结合变截面双向搅拌桩复合地基特点，按照变截面位置和土 层分布进行分层，采用复合地基等效固结系数，当土层分布多层时 采用面积置换率进行等效；当土层均匀单一时，采用体积置换率进 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 地提高复合地基固结速率。

地基置换率及桩身模量对等效固结系

给出变截面搅拌桩复合地基固结度计算算例如下： 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。

图5某高速公路几何示意图

（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C，为：

式中：a一一软土压缩系数； e一一软土天然孔隙比； k一一软土渗透系数； w一一水的重度，常温常压取10kN/m。 以第100d时地基平均固结度为例，根据太沙基固结方程 算第100d时天然地基淤泥质黏土层竖向平均固结度U.为：

第100d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 :

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)钉形搅拌桩复合地基平均固结度计算（按面积置换率等 效）： 根据面积置换率进行分层计算，扩大桩体复合土层㎡，= 0.354，未扩大桩体复合土层m²=0.086，两复合土层等效固结系 数 Cveql 和 Cve2 分别为：

计算结果相等，复合土层竖向平均固结度分别为0.993和 824，Uch.，值介于两值之间。天然地基和变截面搅拌桩复合地 计算固结度曲线对比如图6所示。

图6钉形搅拌桩固结度历时曲线比

4.3.4本条给出了变截面双向搅拌桩加固软土路堤稳定性计算 分析方法。 1变截面双向搅拌桩复合地基稳定性计算推荐采用简化 Bishop法计算。按照行业标准《公路路基设计规范》JTGD3O 2015的规定，水泥土搅拌桩复合地基上路堤的整体稳定性计算宜 采用简化Bishop法，复合地基内滑动面上的抗剪强度采用复合体 不排水抗剪强度；国家标准《复合地基技术规范》GB/T50783 2012推荐采用圆弧滑动总应力法和复合土体综合抗剪强度指标 计算柔性桩复合地基稳定性 2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，设计计算时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， 搅拌桩加固地基发生滑移

当取,=30°，则c=0.29qu。 另外，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）的水泥土黏聚力进行折减，主动剪切区取折减系 数α=0.3，直剪区α=0.1，被动剪切区α=0。 计算算例： 水泥土桩加固路堤稳定性算例的路堤和地基几何参数和材料

图7工程算例几何和材料参数示意图

按照“被动剪切区”“直剪区”“主动剪切区”“路堤”和“持力层” 等内容，将理正软件的计算区域划分为1～5部分，如图8所指示。 采用简化Bishop法计算水泥土桩加固路堤稳定性，复合地基 内滑动面上的抗剪强度采用复合抗剪强度，可按照下式计算：

图8计算区域分区示意图

地基和桩体参数均采用不排水抗剪强度参数。根据上述对 搅拌桩桩体的抗剪强度取值方法，并采用理正岩土软件边坡稳定 分析模块进行安全计算，其中路基几何参数、软土、填土和持力层 的物理力学参数按照图7进行取值。搅拌桩桩体的无侧限抗压强 度9u分别取值100、200、300、400、600、800、1000和1200kPa。不 同强度桩体加固路堤各计算区域复合抗剪强度的计算结果，见表 2。通过理正设计软件计算得到不同强度桩体加固路堤边坡安全 系数分别为0.894、1.355、1.705、1.947、2.188、2.188、2.188和 2.188

度桩体加固路堤各计算区复合抗剪强

将本规程方法计算结果与原文献中采用有限元计算结果对 比，如图9所示。由图9可知，本规程方法计算结果与有限元法 算较为一致。当桩体无侧限抗压强度gu<300kPa时，因本规程 方法采用了桩体无侧限抗压强度残余值，故其计算结果略小于有 限元方法计算结果。另外，当桩体无侧限抗压强度qu>600kPa 时，本规程因限定了复合地基抗剪强度的最大值，故安全系数计算 结果不再随搅拌桩桩身无侧限抗压强度的增加而增大。

图9搅拌桩加固路堤边坡安全系数计算结果对比

5.1.5变截面搅拌桩施工桩机动力配置与搅拌深度、搅拌方式 变截面直径大小密切相关，根据工程实践总结，本规程附录A推 荐了桩机性能参数。

5.1.6本条规定了变截面双向搅拌桩施工采用的参数确定原则

本规程5.1.13条给出了工艺试验施工需要获得的施工参数类别 本条还规定了施工参数应满足的基本要求。关于搅拌次数，工利 实践表明搅拌次数越多则越均匀，水泥土强度也越高，但施工效≤ 就降低。试验证明，当加固范围内土体任一点的水泥土经过207 的拌和，其强度即可达到较高值

在线式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。 在线信息传输系统原理如图11所示。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 计算机等网络通信设备登录互联网服务器实时监控或查询

图11变截面双尚搅拌桩自动监控施工在线传输系统示意图 1一互联网服务器组；2一电信基站；3一电信网络；4一现场数据中心； 5一互联网：6一手持设备：7一PC机：8一笔记本：9一记录仪

5.1.13本条规定了正式施工前的工艺试验施工应获得的施工参 数类型。第4款关于变截面时的电流变化范围，说明如下：变截面 工艺是通过改变双向搅拌轴的旋转方向利用土压力实现自动扩展 获收缩。工程实践表明，叶片扩展过程中，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扩展与否。通过工艺试验 可以确定叶片扩展过程中的电流变化范围，作为正式施工时的监 控标准。

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双向搅拌桩采用双向搅拌工艺，已有工程实践表明两搅一

为论证双向搅拌桩二搅一喷工艺的有效性，在江苏省“泸苏浙 高速公路”江苏段进行了双向搅桩试验区C（K30十250～K30十 350）和传统单向搅拌桩试验区D（K30十350～K30十450）对比，并 进行了现场28d龄期的标准贯入试验和芯样无侧限抗压强度试验 与以及搅拌均匀性电阻率测试分析。 场地软土主要是冲湖积淤泥质土。试验段设计参数均为：桩 长16.5m，桩径500mm，桩间距1.4m，桩位均采用梅花形布置，水 泥掺人量为65kg/m，水灰比为0.45～0.55。双向水泥土搅拌桩 采用两搅一喷工艺施工，常规水泥土搅拌桩采用四搅两喷工艺施 工。

图12为对比试验结果。结果表明，采用二搅一喷工艺施工的 双向搅拌桩成桩质量和强度较常规单向搅拌桩有根本改善，特别 是桩身底部强度与上部几乎没有区别，深部搅拌桩强度得到了可 靠保证；采用电阻率测试参数得到的各向异性系数可以定量表征水 泥土搅拌均匀性，双向搅拌桩无论是平面还是部面，其各向异性系 数基本为1，表示双向搅拌桩平面和剖面完全均匀，而常规单向搅拌

b)无侧限抗压强度沿机

(C)电阻率各向异性系数沿桩身变化

桩各向异性系数均不为1，表示平面和剖面搅拌均匀性均较差。 5本款中关于提升到桩顶标高问题，本规程均要求搅拌提升 到设计标高即可而不是目前国内其他规范中规定的“直到设计 顶标高以上300mm～500mm”。主要是考虑到双向搅拌技术能 有效压浆，地面没有冒浆现象，桩头强度与桩身强度均匀，以此实 际工程中不需要再破除桩头，这既提高了施工效率又避免了资源 浪费。但对于工民建等工程，需要场地整平设置垫层，仍可能破除 部分桩头，因此本款要求提升搅拌到设计标高，是否需要破除桩头 由设计确定。

5.2.4钉形搅拌桩在扩大桩体部位施工时，由于喷浆（粉）量是正

常桩径处的4倍，为满足水泥固化剂掺入比设计要求，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，故在扩 大桩体部位推荐采用四搅二喷工艺。

的有关规定有所不同，该规范第4.3.3条规定竖向承载水泥搅拌 桩停浆（灰）面应高于桩顶设计标高300mm～500mm，这是针对 传统单向搅拌桩，主要是考虑到搅拌桩顶部由于侧向压力小，且地 面冒浆严重，成桩质量受影响，故超打一定高度，在进行基槽开挖 或地基整平时挖除。如本规程第5.2.3条条文说明所述，本规程 的变截面双向搅拌桩，其地表不存在冒浆现象，桩头与桩身质量均 匀，因此施工停浆（粉）面与设计桩顶标高一致即可。 5.2.7采用自动监控施工系统的变截面双向搅拌桩，一般情况下 不再需要进行监理旁站，但也要及时整理监控施工记录以便及时

5.3.3搅拌桩实际质量检测时，单桩施工质量以桩身强度和承

5.3.3搅拌桩实际质量检测时，单桩施工质量以桩身强

5.3.3搅拌桩实际质量检测时， 强受和承 力为评判依据。影响水泥土搅拌桩桩身强度的主要因素为施工迁 程中搅拌均勾性和水泥掺入量。搅拌均匀性主要受下钻、提钻运

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，变截面双向搅拌桩施工 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，确定变截面双向搅拌桩施工质量自动监控关键参数的采集 传感器、频率与标准如表3所示

表3变截面双向搅拌桩自动监控施工参数与其控制标准

5.3.6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，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，则先拆卸输浆管路，并清洗后方可继续使用。 5.3.7自动监控施工系统现已配有成桩质量统计程序，该程序根 据本规程第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。因此施工完毕后分批次对所有成桩记录进行质量分析，可 以给出初步评价。

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。本规程变截面双向搅拌桩施工采用自动监控施工系统，且 具有成桩质量初步评价功能，根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，再随机抽取进行检测，以确保检测 结果的可靠性。

6.1.2本条规定了桩身质量检验的方法CECS361-2013 生态混凝土应用技术规程，

关于检验桩的成桩龄期一般应达到28d，在工期要求特殊的 情况下，进行不同龄期的桩身质量检测，其强度可以换算到28d龄 期的强度，其关系在不少教材和手册中有所介绍。 水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d 后仍有明显增长。大量试验统计表明，水泥土抗压强度与龄期之 间呈幂函数关系（详见《地基处理手册》第三版，2008），即：

式中：qul——龄期T,的水泥土强度； qu2—龄期T2的水泥土强度。 上式中龄期的适用范围是15d～90d。 东南大学岩土工程研究所通过以连云港地区的海相软土为原 料的水泥土室内试验，提出了用似水灰比（单位体积水泥土中水的 总质量与水泥的质量之比）对水泥土强度的预测。其公式如下：

式中：T 水泥土的龄期（d）； R—似水灰比，可按式(30)计算； m,mw 土在加固之前水泥质量和水的质量（包括土体和水泥 浆中水的质量）； qu(R.T) 龄期为T、似水灰比为R的水泥土预测强度； q u(R, 28) 龄期为28d、似水灰比为R，的水泥土强度； W1.土的液限。 采用式（29）的水泥土强度预测公式，可以根据某一似水灰比、 龄期28d水泥土室内试验强度，预测不同含水量、不同水泥用量和

不同龄期的水泥土室内试块强度，这样会大幅减少试样配方数量、 缩短试验周期并降低工程成本。 标准贯入试验用于检验搅拌桩成桩质量和强度，自1995年起 就在江苏省高速公路工程搅拌桩检验工作中应用，积累了大量工 程实践和资料。在钻孔取芯的同时，在取芯位置下部进行标准贯 入试验，通过贯入器中的芯样可以辅助评价搅拌均匀性，通过标准 贯入击数评价桩身强度，已经建立了相关关系。 根据江苏省连徐高速公路、汾灌高速公路等工程现场粉喷桩 检测结果，统计得到了标准贯入击数N与无侧限抗压强度9，的 相关关系，其线性拟合曲线满足下列经验公式：

6.1.5对于建筑工程教学楼、学生公寓楼改造工程施工组织设计，往往需要进行基槽开挖，这时可以

确地确定桩位和桩顶质量，因此当有基槽开挖时增加该条检验。