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1、 SMC复合桩的施工方法原理和应用 复合桩的施工方法 获国家发明专利 专利号 ZL01108106 6国际专利主分类号 E02D3 10 并获际新技术博览会金奖 粉喷复合桩 获国家实用新型专利 专利号 ZL200420024553 2 劲芯复合桩及施工方法 已申报国家发明专利 并已公告 申请号 2003101127919 公告号 CN1632236A 散粒体注浆复合桩 实用型申请号 200520076119 3 劲性水泥土砂石复合桩 实用型申请号 200520076117 4 邓亚光 江苏省如东县水利电力建筑工程有限公司电话 13906270149邮编 226400 D YG SMC三元复合桩
2、示意图 用 S 表示柔性砂石桩 柔性散粒体可由碎石 砂 卵石 砖瓦碎块 钢渣 矿渣 煤矸石碎块 砼碎块 其它建筑垃圾组成 可采用锤击沉管 振动沉管 螺旋成孔 强夯置换 振动水冲 气冲 干振 人工挖孔 水冲等方法成桩 土质较软时可增大散粒体的粒径 它对软土起振密 挤密和置换作用并加速软土固结排水作用 但由于桩身是散粒体 在上部荷载作用下其桩身的承载力主要由桩周软土的侧向约束提供 且荷载传递深度仅为桩径的2 3倍 易产生鼓胀破坏 因而承载力较低 沉降量较大 M 表示半刚性水泥搅拌 主要指水泥土类桩也可为粉煤灰 石灰 炉渣 化学浆液或混合料 可采用粉喷 湿喷 高压旋喷 注浆形成水泥土类桩体 其特点是
3、桩体具有较高的胶结强度 体积较大 造价较低 但桩身强度受土质影响较大 且桩身均匀性较差 在上部荷载使用下 荷载传递深度一般为桩径的5 7倍 一般地基加固后承载力的提高幅度为原地基的二倍左右 C 表示刚性砼桩 一般指高粘结度 高强度的混凝土类桩 可为预制的方桩 管桩 也可为现浇的钢筋混凝土桩 CFG桩 素砼 钢桩 木桩等 可采用钻孔灌注 振动沉管 锤击沉管 夯击成孔 螺旋钻孔 人工挖孔 静压或二种以上方法结合成桩 其特点是桩身强度较高 荷载传递深度较大 可适用于承载力要求较高 沉降量要求较严的工程 但造价高 工期长 设备投资高 且对场地要求高 有时还有挤土 振动 泥浆排污 噪音等环境问题 且在软
4、土地基加固工程中 由于桩身材料强度较高而桩身体积相对较小 软土提供的侧摩阻力和端桩阻力较小 在桩身材料强度未充分发挥时由于桩身沉降量较大而达到极限状态 造成桩身材料的强度浪费 粉喷桩机和微型振动沉管桩机 在软弱土层部位先打砂石桩 S 1 步骤二 步骤一 在部分砂石桩中心打水泥土搅拌桩 2 在砂石桩中心打水泥搅拌桩 形成SM复合桩 3 SM桩一般先打S桩 再在部分S桩中心施打M桩 形成SM复合桩 并与未被复合的S桩形成多元复合地基 要根据加固目的充分考虑两类桩的材料 成份 粒径 桩径 桩长 成桩方式 相对位置及在土中的位置 是否插筋 复合方式以及土质 成桩效果等因素 以确保SM桩达到理想的设计效
5、果 如在散粒体桩中心施打水泥土搅拌桩可形成散粒体水泥搅拌复合桩 砂石水泥土搅拌复合桩 钢渣水泥土搅拌复合桩 碎砖水泥土搅拌复合桩时 散粒体桩的桩径一般较小 材料粒径也较小 如果土层较软采用振动沉管或锤击沉管等方法施打散粒体桩容易缩径时或不出料时可采用粉喷桩机直接喷射干砂搅拌后再进行水泥喷射并搅拌或者直接喷射水泥干砂混合体并搅拌 如果土层中含水量较低或用于基坑帷幕止水可用深搅桩机喷射水泥砂浆并搅拌 这样形成的水泥砂土复合搅拌桩强度要高于一般水泥土搅拌桩 如在散粒体桩中心或桩周采用水泥注浆或高压旋喷可形成散粒体水泥复合桩 散粒体桩的粒径和桩径可以相应大一些 应考虑有无素砼垫层或承台 地面砼等情况决
6、定是否进行上部封闭或预留注浆孔 注浆管可在施工散粒体桩时预留 如用钢管结合高压水在土中冲孔 在孔中填入粒径较小的石子或瓜子片 不再拔出钢管并在上部进行封闭注浆可形成钢管劲芯散粒体水泥复合桩 可用于基坑支护 可据不同施工用途或目的在散粒体中心注其它浆液或混合浆液形成凝固速度不同 强度不同的复合桩 一 水泥土砂石复合桩 SM 1 挤密置换作用 一般先施打间距较小 桩径为220 280mm 桩长达软弱土层底的砂石桩 对软基中较软弱的部位先行挤密加固 砂性土 和置换加固 饱和软粘土 提高该部位土体的密度和强度 使该软弱部位的承载力得到初次提高 2 排水固结通道作用 1 施工中的快速排水通道 有了细而密
7、的砂石桩作为排水排气通道后 会有大量软土中的水份在高压气体的作用和螺旋形叶片反转成桩时上部10多吨机械自重压力作用下被强制地从砂石桩中排出 2 预留部分砂石桩构成长期排水固结通道 复合桩间还留有部分砂石桩作为垂直排水通道与褥垫层中的砂石垫层 水平通道 形成排水系统 将会在上部工程施工中及工后长期发挥作用 3 改善桩身颗粒结构 增强复合桩体密度 在砂桩中心再施打水泥搅拌桩 相当于在水泥土体中又增加了20 30 的中粗砂骨料 由于粗粒骨料的比表面积小 吸附能力小强度高 起 骨架作用 使 粘土基质 向 骨架结构 转变 改善土粒结构 增强复合桩体密度 从而大幅度提高桩体的强度和刚度 4 改善桩间软土状
8、态 构筑复合地基 软土经砂石桩和水泥桩综合加固 产生了排水固结 振密 挤密 压密 离子交换 在裂隙部位更明显 水份被水泥粉体吸附等综合作用 会产生含水量降低 密度 强度和压缩模量提高等物理力学指标改善的现象 MC桩在已经施打好的M桩中心施打C桩 形成劲芯水泥土类复合桩可作为刚性单桩也可作为刚性桩复合地基中的竖向增强体与与未被复合的M桩形成多元复合地基 如果在C桩中含有钢管 钢筋等筋材 则该复合桩具有抗剪 抗弯和抗拔作用 一定要在水泥或其它浆液未硬凝前打入C桩 并保证其同轴度和垂直度 现在已用多种MC桩应用在工程实际中 如 在上海 江阴地区 将预制小方桩压入湿喷桩中形成劲芯水泥土桩 单桩承载力高
9、达2000KN以上 在常州地区将管桩压入粉喷桩中心形成复合桩 大幅度提高了管桩的单桩承载力 在日本和上海等地将型钢插入刚施工好的湿喷桩体中形成SMW帷幕 用于基坑支护 南通 盐城地区将振动沉管素砼小桩和钢筋砼小桩打入粉喷桩中心形成劲芯粉喷复合桩 单桩承载力不低于含外芯在内的同体积刚性桩 在天津地区将管桩压入高压喷射注浆的土体中也大幅度提高了管桩的承载力 并使管桩的压入更加容易和方便 在其它地区也常用深搅桩先行施工 再压入管桩或方桩 如先施打C桩 并在C桩中预设注浆管进行后期注浆加固C桩的桩端或桩侧土层 会较大的提高C桩的桩阻力和侧摩阻力 如在全国早已推广应用的钻孔桩后压浆工法 也可视为MC复合
10、桩的一种特殊形式 也可在预制管桩 方桩及现浇砼桩中预设注浆管进行后期注浆加固 SMC桩在已经施工好的SM桩中水泥土未硬凝时打入或压入C桩 形成SMC复合桩 可作刚性单桩使用 也可与未被复合的S桩 SM桩形成多元复合地基 如在部分SC桩的散粒体部位进行注浆 即形成SCM多元复合桩 如在夯扩载体的散粒体部位预设注浆管进行后期注浆加固或在部分砂石劲芯复合桩的砂石部位进行后期注浆加固 形成强度较高的复合桩 在M或SM桩中心再打C桩 形成MC或SMC桩 4 二 劲芯水泥土复合桩 MC或SMC 在软基中施打水泥搅拌桩或水泥土砂石复合桩 在水泥未硬凝时施打素砼振动沉管微型桩劲芯 也可加钢筋笼或插钢筋 钢管形
11、成钢筋砼劲芯 该复合桩由水泥搅拌桩或水泥土砂石复合桩加劲芯两部分构成 一般搅拌桩径为500 700mm 如用湿喷 桩径可高达900mm以上 一般水泥掺入量12 15 桩顶上部可提高3 5 掺灰 并复搅 一般在南通地区桩长在8 10m左右 劲芯桩径为 220 280mm C20 C30可为素砼或CFG 也可加入钢筋笼 插钢筋或钢管形成钢筋砼劲芯 1 挤密挤扩作用 1 劲芯的打入能挤密水泥土体 增加水泥土体密度 而水泥土体干密度的增加可大幅度提高水泥土体的刚度和强度 能弥补粉喷桩中心软芯和减轻湿喷工艺的搅拌不均现象 2 具有挤扩作用 劲芯的打入还会挤扩周围水泥土体和桩周土体 使桩周土体的界面粗糙紧
12、密 侧摩阻力大幅度提高 3 软弱土体中粉喷桩先行施工会改变土体的软弱状态 水泥土体会在劲芯打入时起到护壁作用 素砼劲芯一般不会发生 缩颈 现象 2 改善荷载传递途径及深度 水泥搅拌桩主要受力范围一般在桩顶下5 7D范围内 而复合桩中由于劲芯的刚度和强度较高 在上部荷载作用下 应力会集中在劲芯部位 再由劲芯纵深传递到其侧壁和桩端的水泥土体 成倍地增大了荷载作用于水泥土体的面积而匹配水泥土体产生的较大侧摩阻力和桩端阻力 使复合桩全长范围内的侧阻力和桩端阻力充分发挥 3 提高整体强度 刚度 复合桩的承载力不低于同体积的刚性桩 有钢筋笼或插筋及钢管存在时 可用于基坑围护和边坡稳定工程 在相互搭接的M桩
13、或SM桩中心再打C桩 可插筋 钢筋笼 钢管或型钢 形成用于基坑支护的MC或SMC复合桩 5 在砂石桩中心再打C桩 形成SC复合桩 6 SC桩一般先打S桩 再在部分S桩中心施打C桩 形成劲芯散粒体复合桩 并可与未被复合的S桩形成多元复合地基 如在散粒体桩中心施打振动沉管灌注桩 由于散粒体被振动挤密至桩周软土形成强度较高的散粒体护壁复合体 会有效防止软土地基中振动沉管砼桩的缩径现象 同时散粒体会快速消散振动沉管桩施工时软土地基中采生的超孔隙水压力保证C桩中心不渗水 析浆 保证了复合桩中劲芯的强度和整体性 S桩的长度可短于 等于或大于C桩 如将散粒体用夯扩沉管方法打入土中的持力层部位 即复合桩底部
14、再打入C桩 可为预制管桩 方管 木桩 钢桩或现浇砼桩 形成现在已成为行业规范并大量应用的复合载体夯扩桩 三 劲芯砂石复合桩 SC 先在软基中施打振动沉管砂石桩 再在砂石桩中心施打劲芯桩 素砼 钢筋砼劲芯或CFG桩 形成劲芯砂石复合桩 该复合桩由砂石构成外芯 一般先打 280mm的砂石桩 土层特别软弱时可复打 再在其中心施打C20 C30素砼或CFG桩 也可加入钢筋笼 插筋或钢管形成钢筋砼劲芯 1 砂石外芯的护壁作用 在已施工好的砂石桩中心复打时填入素砼形成劲芯 砂石桩外芯会挤密桩间土 形成较为坚硬的砂石土复合孔壁 起到较好的护壁作用 保证劲芯的直径和强度 2 砂石外芯的排水作用 砂石桩的外芯可
15、起到排水作用 可使施工中产生的超孔隙水压力迅速消散 不会产生直接施打砼桩 在附近桩中出现泛水 泛砂 冒浆等现象 保证素砼劲芯不出现 离析 现象 3 砂石桩在起到护壁和排水作用的同时能改善劲芯与砂石桩 砂石桩与桩周土体的边界条件 桩周软土由于砂石及劲芯施工时的振动 挤密 排水固结作用 其密度 强度 承载力 压缩模量等物理指标会得到较大的提高 反过来提供较高的摩阻力 暗河浜 在暗河浜部位先打S桩 再在部分S桩中心打M桩或C桩 形成SM或SC复合桩 并与预留的S桩组成复合地基 7 M或C桩 S桩 四 结论 4 1复合桩是一种十分适用于沿海软基处理的经济有效的新桩型 它综合了三种类型单元桩的优点 能据
16、土质情况 上部结构要求 加固目的有针对性地 灵活地采取多种组合方式 调整各种桩的桩径 桩长 掺灰量 强度 颗粒级配 搅拌和复打次数等 使复合桩充分发挥出桩周软土摩阻力和桩底阻力又匹配材料强度而产生的足够高的单桩承载力 且能显著提高桩间土体强度和对承载的参与度 满足不同的设计要求 4 2水泥土砂石复合桩利用柔性砂石桩对软弱部位先行加固 经排水固结 挤密 振密作用 再在部分砂石桩中心施打粉喷桩时经全程复搅使周围砂石桩在大量高压气体作用和粉喷桩桩机反转压密的双重作用下 会排出大量水份和气体 同时软土被劈裂 水泥粉被顺畅排出与水泥 砂 石 土体搅拌均匀并被强制压密 且在劈裂处与软土颗粒产生离子交换作用 快速地改善了桩间土的软弱状态 桩身中的粗粒体改善了桩 体颗粒结构 起到骨架作用 复合桩体的强度 密度 刚度均得到大幅度提高 同时也提高了桩间软土的强度和承载力 如能对复杂软基中的特别软弱部位针对性地加固 避免了开挖 回填 再打桩的繁琐工序 也可用于基坑支护 与湿喷工法结合 还有消除或减少地基液化 黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性 可在特殊土地基处理中发挥作用 由于复合桩桩身沉降在施工中迅速完成
