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1、钉形水泥土双向搅拌桩技术 加固软土地基的理论与应用钉形水泥土双向搅拌桩技术 加固软土地基的理论与应用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 二 0 0 九 年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 二 0 0 九 年岩土工程技术的重大突破岩土工程技术的重大突破目录目录钉形水泥土双向搅拌桩设计钉形水泥土双向搅拌桩设计1钉形水泥土双向搅拌桩施工钉形水泥土双向搅拌桩施工2钉形水泥土双向搅拌桩检测钉形水泥土双向搅拌桩检测钉形水泥土双向搅拌桩的材料钉形水泥土双向搅拌桩的材料1.通常为硅酸盐类水泥，通常为硅酸盐类水泥，R32.5以上以上。2.掺入量：掺入量： 8%20% ，
2、一般用，一般用12%18% 。3.水灰比：水灰比：0.50 0.60 。固化剂固化剂3.对于腐蚀性土层等特殊性质土层，掺入添加剂改变其性状对于腐蚀性土层等特殊性质土层，掺入添加剂改变其性状如当地下水或土样的如当地下水或土样的PH值小于值小于4时，可在固化剂中掺入水泥重量时，可在固化剂中掺入水泥重量 5%的石灰，可使水泥周围的环境变成碱性，将大大利于水泥水化反 应的进行。的石灰，可使水泥周围的环境变成碱性，将大大利于水泥水化反 应的进行。钉形水泥土双向搅拌桩的材料钉形水泥土双向搅拌桩的材料外加剂外加剂主要有主要有木质素磺酸钙、石膏、三乙醇胺木质素磺酸钙、石膏、三乙醇胺等。应通过等。应通过试验试验
3、确定选 用的外加剂确定选 用的外加剂种类和掺量种类和掺量。不同的外加剂对水泥土有着不同的影响， 一般来说，添加剂按照所起的作用分为以下几种类型：。不同的外加剂对水泥土有着不同的影响， 一般来说，添加剂按照所起的作用分为以下几种类型：1.1.增加桩体强度增加桩体强度 如粒径不大于0.25mm的粉细砂、粉煤灰（二级干粉以上）、石膏 等。如粒径不大于0.25mm的粉细砂、粉煤灰（二级干粉以上）、石膏 等。2.2.不增加桩体强度不增加桩体强度 如高糖木质素磺酸盐、氯化锌、硼酸盐、各种磷酸盐等可以延缓 水泥土凝结时间而对后期强度无明显影响。如高糖木质素磺酸盐、氯化锌、硼酸盐、各种磷酸盐等可以延缓 水泥土
4、凝结时间而对后期强度无明显影响。各种设计参数确定的原则各种设计参数确定的原则1.桩 长桩 长 钉形水泥土搅拌桩桩长的确定分为两部分：钉形水泥土搅拌桩桩长的确定分为两部分： 扩大头长度；总桩长。扩大头长度；总桩长。（1）扩大头长度的确定）扩大头长度的确定 扩大头按其作用形式可分别作为扩大头按其作用形式可分别作为盖板（桩帽）盖板（桩帽）与与桩体桩体。当作为盖板时， 高度一般为。当作为盖板时， 高度一般为0.81.5m。作为桩体时，。作为桩体时，h=(1/31/5)L，原则上不超过，原则上不超过6m。 （如作为桩体等作用时应根据具体要求确定。）（如作为桩体等作用时应根据具体要求确定。）扩大头的形式扩
5、大头的形式一、作为桩帽(盖板) 一、作为桩帽(盖板) 作为桩帽时，钉形桩 扩大头的设计长度可设计 为作为桩帽时，钉形桩 扩大头的设计长度可设计 为1.0m1.5m左右，考虑 到桩顶左右，考虑 到桩顶0.5m范围内，因上 覆压力较小，桩身强度较 低而效果不佳，桩径比 （范围内，因上 覆压力较小，桩身强度较 低而效果不佳，桩径比 （D/d）可达到）可达到23。二 、作为桩体二 、作为桩体作为桩身结构部 分时， 钉形桩扩大头 是整桩的一部分，扩 大头高度宜大于作为桩身结构部 分时， 钉形桩扩大头 是整桩的一部分，扩 大头高度宜大于2.5m。扩大头的形式扩大头的形式三、处理特殊地层部分三、处理特殊地层
6、部分处理特殊土层是指，在某一深度范围内，有特别软弱的土层、 滑动面的范围较大，为更经济合理地利用钉形桩而增大桩身的强度， 其扩大头高度可据特殊土层厚度适度加长；扩大头的位置也可根据 土层条件随意变化。处理特殊土层是指，在某一深度范围内，有特别软弱的土层、 滑动面的范围较大，为更经济合理地利用钉形桩而增大桩身的强度， 其扩大头高度可据特殊土层厚度适度加长；扩大头的位置也可根据 土层条件随意变化。扩大头的形式扩大头的形式（2）总桩长的确定）总桩长的确定最大入土深度应通过最大入土深度应通过试桩试桩的结果确定，具体根据的结果确定，具体根据电流值电流值以 及以 及标贯击数标贯击数确定，标贯击数大于确定，
7、标贯击数大于15击击，电流值超过，电流值超过60A时，为 极限入土深度。时，为 极限入土深度。钉形水泥土双向搅拌桩最大处理深度可达钉形水泥土双向搅拌桩最大处理深度可达35m。由于目前 的水泥土搅拌桩。由于目前 的水泥土搅拌桩施工机械结构单薄，稳定性较差施工机械结构单薄，稳定性较差，使钉形桩的 处理深度大大受到限制，水泥土搅拌桩施工施工机械处理深度 一般的不超过，使钉形桩的 处理深度大大受到限制，水泥土搅拌桩施工施工机械处理深度 一般的不超过25m，因此软土地基处理深度越过，因此软土地基处理深度越过25m时，就需 要时，就需 要增大动力，提高桩机机架的稳定性增大动力，提高桩机机架的稳定性。原则上
8、桩长应进入原则上桩长应进入持力层持力层，尽量避免，尽量避免悬浮悬浮于软弱土体中。于软弱土体中。各种设计参数确定的原则各种设计参数确定的原则2.桩 径桩 径 桩径分为桩径分为扩大头桩径扩大头桩径D与与下部桩径下部桩径d。（2）对于扩大头桩径）对于扩大头桩径D： D=1.82.4d（作为桩体时）（作为桩体时）； D=2.02.8d（作为桩帽时）（作为桩帽时）。（1）对于下部桩径）对于下部桩径d： 处理深度小于： 处理深度小于12m，一般取，一般取500mm； 处理深度； 处理深度1218m，一般取，一般取600mm； 处理深度于； 处理深度于18m，一般取，一般取700mm。pappinisik
9、ak aqAAhquRR dD= =)(211 1121 =11niihHctgKsv2)245( 10 + +=o扩大头高度：对称边载效应系数：钉形水泥土双向搅拌桩的钉形水泥土双向搅拌桩的下部桩径不 宜小于下部桩径不 宜小于500mm，上、下桩径 比（，上、下桩径 比（D/d）宜在）宜在1.82.4之间，桩径大时取小值。也可由下式确定：之间，桩径大时取小值。也可由下式确定：( (3)上下桩径比)上下桩径比各种设计参数确定的原则各种设计参数确定的原则3.桩间距桩间距 等间距，不等间距。等间距，不等间距。在路堤荷载作用下，在路堤荷载作用下，随桩间距的增大，作用在桩顶的荷载 也有增大，增大幅度有减
10、缓的趋势；随桩间距的增大，桩身荷 载也增大随桩间距的增大，作用在桩顶的荷载 也有增大，增大幅度有减缓的趋势；随桩间距的增大，桩身荷 载也增大，但当桩间距达到一定值以后桩身轴力变化不大，趋 于稳定，说明当桩间距增大到一定值以后，桩体承担的荷载已 接近其极限承载力。，但当桩间距达到一定值以后桩身轴力变化不大，趋 于稳定，说明当桩间距增大到一定值以后，桩体承担的荷载已 接近其极限承载力。根据土拱效应，可将桩的成拱土体平面分为三个 区域，即：根据土拱效应，可将桩的成拱土体平面分为三个 区域，即：拱上稳定区、土拱区、及拱下自由区拱上稳定区、土拱区、及拱下自由区。若 桩截面的几何及强度参数设计合理，则该土
11、拱稳定存 在并将拱顶压力传递至拱脚及周围土体。此时，危险 区域应是土拱与相邻桩包围的自由区，该部分土体仅 靠自身的强度保持稳定。 通过。若 桩截面的几何及强度参数设计合理，则该土拱稳定存 在并将拱顶压力传递至拱脚及周围土体。此时，危险 区域应是土拱与相邻桩包围的自由区，该部分土体仅 靠自身的强度保持稳定。 通过土拱截面强度验算土拱截面强度验算可以得出考虑土拱效应时 的合理桩间距的控制公式。可以得出考虑土拱效应时 的合理桩间距的控制公式。合理桩间距的确定合理桩间距的确定合理桩间距合理桩间距拱顶强度验算拱顶强度验算拱脚强度验算拱脚强度验算式中，式中，c为土体的粘聚力，为土体的内摩擦角，为土体的粘聚
12、力，为土体的内摩擦角，D为扩大头直径，为扩大头直径，q为桩顶荷载。为桩顶荷载。即，因此取最大桩间距。取 为合理桩间 距，可以将合理桩间距与几个参变量的函数关系写为：即，因此取最大桩间距。取 为合理桩间 距，可以将合理桩间距与几个参变量的函数关系写为：=g(q,D,c, )脚顶ll脚ll =比较上述截面强度分析的拱跨与可得：比较上述截面强度分析的拱跨与可得：桩间距与各影响因素的关系桩间距与各影响因素的关系各种设计参数确定的原则各种设计参数确定的原则4.布置形式 三角形，矩形布置形式 三角形，矩形以及各种组合形 式以及各种组合形 式,根据不同的功能要求确定。根据不同的功能要求确定。其他形式：其他形
13、式：各种设计参数确定的原则各种设计参数确定的原则水泥土的强度随水泥土的强度随龄期龄期的增长而增大，在龄期的增长而增大，在龄期 28d后，强度仍有明显增长，因此，对于承重搅拌 桩试块取后，强度仍有明显增长，因此，对于承重搅拌 桩试块取90d龄期为标准龄期，对起支撑作用受水 平荷载的搅拌桩，水泥土强度取龄期为标准龄期，对起支撑作用受水 平荷载的搅拌桩，水泥土强度取28d龄期为标准龄 期。龄期为标准龄 期。室内配比试验室内配比试验90d标准养护的水泥土试块抗压 强度标准养护的水泥土试块抗压 强度可根据可根据上部荷载大小、结构形式上部荷载大小、结构形式等确定。等确定。5.桩身强度桩身强度桩身强度应根据
14、现场试验与室内配比试验确定， 一般来说，现场强度与室内强度的关系为：桩身强度应根据现场试验与室内配比试验确定， 一般来说，现场强度与室内强度的关系为： R现现=KR室室（K=0.60.8仅供参考）仅供参考）水泥土强度随着龄期的增长而增大，一般在龄期水泥土强度随着龄期的增长而增大，一般在龄期 28d后仍有明显的增加后仍有明显的增加，建筑地基处理技术规范提 供了不同龄期水泥土抗压强度之间的线性关系：，建筑地基处理技术规范提 供了不同龄期水泥土抗压强度之间的线性关系：fcu7=(0.470.63) fcu28 fcu14= (0.620.80) fcu28 fcu60= (1.151.46) fcu
15、28 fcu90= (1.431.80) fcu28 fcu90= (2.37 3.73) fcu7 fcu90= (1.732.82) fcu14式中式中fcu7、fcu14、fcu28、fcu60、fcu90分别为分别为7d、14d、 28d、60d、90d龄期的水泥土抗压强度。龄期的水泥土抗压强度。单桩承载力的组成单桩承载力的组成土体对扩大头侧 壁提供的摩阻力扩大头翼缘下部 土体支撑力桩端土体支撑力土体对下部桩体侧 壁提供的摩阻力单桩承载力的计算单桩承载力的计算单桩承载力的组成单桩承载力的组成一、扩大头部分：一、扩大头部分： ? 桩周土对扩大头侧壁提供的摩阻力：桩周土对扩大头侧壁提供的摩阻力： 扩大头侧壁面积乘以相应土层的摩擦力扩大头侧壁面积乘以相应土层的摩擦力； ? 扩大头翼缘下部土体提供的支撑力：扩大头翼缘下部土体提供的支撑力： 翼缘面积乘以土层的不排水抗剪强度翼缘面积乘以土层的不排水抗剪强度。二、下部桩体部分二、下部桩体部分: 下部桩体提供的单桩承载力计算分两种情况：下部桩体提供的单桩承载力计算分
