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1、压灌水泥土桩及其施工实例压灌水泥土桩及其施工实例 何世鸣中材地质工程勘查研究院中材地质工程勘查研究院北京建材地质工程公司北京建材地质工程公司 副总工程师副总工程师 教授级高级工程师教授级高级工程师1 1n n【摘要】目前水泥土桩一般分为三类：搅拌水泥土桩(喷浆、喷粉)，旋喷水泥土桩(含定喷、摆喷)，夯实水泥土桩。本文介绍了一种新型压灌水泥土桩，它克服了搅拌水泥土桩和旋喷水泥土桩依赖原地土的特点，也克服了夯实水泥土桩受地下水和深度的限制，尤其用于泥炭土等有机质含量高空隙比大含水量高的土层，有其独特的优越性。广泛适用于止水帷幕桩、复合地基桩(及母桩)、护坡桩(及母桩)、抗拔抗浮桩母桩等。本文重点介
2、绍了泥炭土地层作为止水帷幕及护坡用桩，效果明显，是一个成功案例。 2 2n n【关键词】压灌水泥土桩 止水帷幕桩 复合地基桩(及母桩) 护坡桩(及母桩) 抗拔抗浮桩母桩3 3n n0技术领域技术领域n n本发明属于建筑地基基础施工中的成桩，特别涉及一种新型水泥土桩及其成桩方法。用于止水帷幕桩、复合地基桩、护坡桩。尤其在泥炭土、淤泥、流沙及砂卵石地层中更显优势。4 4n n1背景技术背景技术n n水泥土搅拌桩由于其施工简便、成本低廉，而被广泛应用于地基处理、基坑支护及止水帷幕桩等领域，但搅拌桩无论用于泥炭土、淤泥还是流沙或沙卵石地层，都受到极大限制。例如昆明地区某场地泥炭土，黑、黑灰夹褐色，饱和
3、，软流塑状态，高压缩性。比重接近1.0，孔隙大，极松散，孔隙比e=3.018.04，平均值5.63，含水量平均为267%，有机质含量平均值达45.4%，为强泥炭质土，埋深约3.5米，平均厚度约6.0米。 5 5n n常规水泥搅拌桩无论用于复合地基桩还是用于基坑支护、止水帷幕桩，均不能保证水泥浆与泥炭土有效结合，用昆明当地有经验的技术人员的话讲：“我们做了一万个试验，没有一个能成功的！”为此当地有人想出了一种办法，先用普通长螺旋钻机引孔，孔内灌入沙子，然后再实施水泥搅拌桩，但此方法在很多情况下不能成孔，一提出长螺旋钻具即塌孔，尤其有地下承压水时，更不能成孔，应用受到极大限制。淤泥地层中尤其有机质
4、含量高时，也存在同样的问题，更甚是水泥浆和有机质含量高的土不能发生有效反应；流沙或沙卵石地层中存在“搅不动”或“喷不动”问题。水泥土搅拌桩无论是喷浆还是喷粉，或旋喷桩，在泥炭土、淤泥、流沙及沙卵石地层中均受到这样或那样的限制。 6 6n n2发明内容发明内容n n为了解决泥炭土等地层搅拌桩不能广泛适用的问题，本发明人运用了“逆向思维法”，采用“先搅拌后灌入”的方法，即采用强制式或滚筒式搅拌机，在地表将水泥与选择的好土及添加剂、外加剂等搅拌好，采用中空式长螺旋钻具成孔、管内泵送搅拌料成桩的方式形成该新型水泥土桩。其基本工艺流程如图1所示：7 78 8n n其基本配方其基本配方( (每每1m31m
5、3中中) )：水泥：水泥150400kg150400kg，好土，好土600900kg600900kg，石屑，石屑200500kg200500kg，粉煤灰，粉煤灰50150kg50150kg，速，速凝剂凝剂13%13%。n n水泥可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、或粉水泥可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、或粉煤灰水泥等；好土可以是粉土、粘性土或砂土等；石煤灰水泥等；好土可以是粉土、粘性土或砂土等；石屑为石子分选的副产品，用来调节水泥土拌合料的比屑为石子分选的副产品，用来调节水泥土拌合料的比重及强度；粉煤灰有低标号水泥作用，同时提高拌合重及强度；粉煤灰有低标号水泥作用，同时提高拌合料的可泵
6、性；速凝剂作用是促进拌合料快速凝固，并料的可泵性；速凝剂作用是促进拌合料快速凝固，并提高其早期强度。必要时加入早强剂，以提高其早期提高其早期强度。必要时加入早强剂，以提高其早期强度，缩短凝结时间。强度，缩短凝结时间。n n该新型水泥土桩能应用于基坑支护桩、止水帷幕桩及该新型水泥土桩能应用于基坑支护桩、止水帷幕桩及复合地基桩，还可应用于劲芯水泥土复合桩的母桩，复合地基桩，还可应用于劲芯水泥土复合桩的母桩，用于基础桩、护坡桩、抗拔桩，并能广泛适用于泥炭用于基础桩、护坡桩、抗拔桩，并能广泛适用于泥炭土、淤泥、流沙及砂卵石等常规搅拌桩不能适用的地土、淤泥、流沙及砂卵石等常规搅拌桩不能适用的地层。显示了
7、其极大的优越性。层。显示了其极大的优越性。 9 93具体实施例具体实施例n n实施例实施例1，云南省委新建办公大楼人防基坑支护工程，位于昆明市广福路与滇池路的交汇附近，十里长街与广福路间。拟建建筑物总设计面积约8000m2。框剪结构形式，地下室埋深为-6.1m，局部-5.4米，包括600mm厚换填垫层。地表标高为0.00,局部-0.7m，坑深6.1m和5.4m，基础设计形式为桩筏基础。1010n n拟建场地地貌上处于滇池盆地东北部，属湖积平原地拟建场地地貌上处于滇池盆地东北部，属湖积平原地貌单元。根据貌单元。根据8080米钻孔揭露地层，按照成因类型及沉米钻孔揭露地层，按照成因类型及沉积韵律、土
8、层物理力学设计参数，将地基土层分为六积韵律、土层物理力学设计参数，将地基土层分为六个大层，现从上而下分述如下：个大层，现从上而下分述如下：n n一类：人工填土和耕植层（一类：人工填土和耕植层（Qml+pdQml+pd）, ,为为大层，包大层，包括括1 1层、层、2 2亚层。亚层。n n二类：第四系冲积、沟塘静水沉积层（二类：第四系冲积、沟塘静水沉积层（Qal+hQal+h）粉土）粉土）。为。为大层，包括大层，包括、1 1亚层及透镜体。亚层及透镜体。n n三类：第四系湖沼相、湖相交替沉积层（三类：第四系湖沼相、湖相交替沉积层（Q1+hQ1+h），），包括包括、大层，主要由泥炭质土、粉土、大层，主
9、要由泥炭质土、粉土、粉砂、粘性土组成。粉砂、粘性土组成。n n各地层自上而上分述为：各地层自上而上分述为：1111n n1 1素填土：褐黄、灰黄、褐红等色，湿，以可塑素填土：褐黄、灰黄、褐红等色，湿，以可塑状态的粘性土为主，夹少量砾石，为近期回填土，状态的粘性土为主，夹少量砾石，为近期回填土，厚约厚约1.501.50米。米。n n2 2耕土：深灰、褐灰、灰褐色，很湿，软可塑耕土：深灰、褐灰、灰褐色，很湿，软可塑状态，高压缩性，局部为软塑状态的泥炭质土，厚状态，高压缩性，局部为软塑状态的泥炭质土，厚约约0.000.001.501.50米，层间夹米，层间夹1 1层淤泥透镜体。层淤泥透镜体。n n1
10、 1淤泥：深灰、黑灰色，饱和，软流塑状态，淤泥：深灰、黑灰色，饱和，软流塑状态，主要为原采莲河底部的沉积物，仅局部存在，最厚主要为原采莲河底部的沉积物，仅局部存在，最厚约约2.92.9米。米。n n泥炭质土：黑、黑灰夹褐色，饱和，软流塑状泥炭质土：黑、黑灰夹褐色，饱和，软流塑状态，高压缩性。孔隙大，极松散，孔隙比态，高压缩性。孔隙大，极松散，孔隙比e=3.01e=3.018.048.04，平均值，平均值5.635.63，含水量平均为，含水量平均为267%267%，有机质，有机质含量平均值达含量平均值达45.4%45.4%，为强泥炭质土，埋深约，为强泥炭质土，埋深约3.53.5米，平均厚度约米，
11、平均厚度约6.06.0米。米。 1212n n1 1粘土：浅兰灰、灰色，很湿，流塑软塑状态，局部可塑，粘土：浅兰灰、灰色，很湿，流塑软塑状态，局部可塑，高压缩性，静探锥尖阻力高压缩性，静探锥尖阻力qc=0.48Mpaqc=0.48Mpa，层间夹，层间夹11 11 、12 12 层层透镜体。透镜体。n n11 11 粉土：兰灰、深灰、灰色，很湿，中密稍密，中等压缩粉土：兰灰、深灰、灰色，很湿，中密稍密，中等压缩性。性。n n12 12 泥炭质土：黑、黑灰色，饱和，软塑状态，仅局部存在。泥炭质土：黑、黑灰色，饱和，软塑状态，仅局部存在。n n2 2粉土：灰、褐灰、深灰色，湿，稍密中密，中等压缩性，
12、粉土：灰、褐灰、深灰色，湿，稍密中密，中等压缩性，夹薄层粉细砂中砂，标贯锤击数平均值夹薄层粉细砂中砂，标贯锤击数平均值N=10 N=10 击。层间击。层间143143、135135处孔夹处孔夹21 21 层透镜体。层透镜体。n n21 21 粉质粘土：灰、兰灰色，湿，可塑状态，夹有少量钙质胶粉质粘土：灰、兰灰色，湿，可塑状态，夹有少量钙质胶结团块。结团块。n n3 3粘土：兰灰、深灰色，很湿，可塑状态，中高压缩性。局粘土：兰灰、深灰色，很湿，可塑状态，中高压缩性。局部夹薄层有机土及钙质胶结团块，层间夹部夹薄层有机土及钙质胶结团块，层间夹31 31 、32 32 层透镜体。层透镜体。n n31
13、31 粉土：灰色，稍密中密，中等压缩性。粉土：灰色，稍密中密，中等压缩性。n n32 32 泥炭质土：深灰、褐灰色，很湿，可塑状态，高压缩性，泥炭质土：深灰、褐灰色，很湿，可塑状态，高压缩性，有机质含量约有机质含量约10.3%10.3%，为低泥炭质土。，为低泥炭质土。1313n n4粉土：灰、深灰、兰灰色，湿，稍密中密，中等压缩性。n n5粘土：灰、浅灰色，湿，中密，中等压缩性。层间夹51 、52 层透镜体。n n51 粉土：灰、浅灰色，湿，中密，中等压缩性。层间夹薄层粉细砂。n n52 粘土：灰黑、灰、兰灰色，很湿，软塑状态，局部为流塑，高压缩性。夹薄层泥炭质土和有机质粘土。n n1泥炭质土
14、：黑灰、深灰色，饱和，可塑状态，厚度约0.001.50米，平均孔隙比e=4.27，有机质含量平均值Wu=24.0%。1414n n2 2粘土：灰、兰灰、深灰色，很湿，可塑状态，高粘土：灰、兰灰、深灰色，很湿，可塑状态，高压缩性土。间夹压缩性土。间夹21 21 、22 22 、23 23 层透镜体。层透镜体。n n21 21 粉土：灰色，湿，中密，中等压缩性。标贯锤粉土：灰色，湿，中密，中等压缩性。标贯锤击数击数N=8N=81616击。击。n n22 22 细砂：灰、褐灰色，饱和，稍密，夹薄层中砂细砂：灰、褐灰色，饱和，稍密，夹薄层中砂和胶结块，标贯锤击数平均值和胶结块，标贯锤击数平均值N=12
15、.7N=12.7击。击。 n n23 23 泥炭质土：黑色，很湿，软可塑状态，高压泥炭质土：黑色，很湿，软可塑状态，高压缩性，有机质含量缩性，有机质含量Wu=11.3%Wu=11.3%。n n3 3粉土：灰、深兰色，湿，密实中密，中等压缩粉土：灰、深兰色，湿，密实中密，中等压缩性，多与粉砂呈互层状，夹有钙质胶结块，标准贯性，多与粉砂呈互层状，夹有钙质胶结块，标准贯入锤击数为入锤击数为14147373击，平均值击，平均值N=28.5N=28.5击，（未考虑击，（未考虑测试段不足测试段不足30cm30cm的较大锤击数），层顶埋深的较大锤击数），层顶埋深33.3033.3036.4036.40米，厚
16、度米，厚度2.802.805.805.80米。间夹米。间夹31 31 、32 32 层层透镜体。透镜体。1515n n31 31 泥炭质土：黑色，很湿，可塑状态，仅局部出泥炭质土：黑色，很湿，可塑状态，仅局部出现。现。n n32 32 粘土：灰色，湿，软塑状态，中偏高压缩性，仅粘土：灰色，湿，软塑状态，中偏高压缩性，仅局部出现。局部出现。n n4 4泥炭质土：黑、黑灰色，饱和，可塑状态，局部软泥炭质土：黑、黑灰色，饱和，可塑状态，局部软塑，高压缩性，平均隙比塑，高压缩性，平均隙比e=2.72e=2.72。平均含水量。平均含水量W=122%W=122%，有机质含量平均值，有机质含量平均值Wu=2
17、9.9%,Wu=29.9%,为泥炭质为泥炭质土。层顶埋深土。层顶埋深38.538.540.6040.60米。层间夹米。层间夹41 41 层透镜体。层透镜体。n n 4141粘土：深灰色，很湿，可塑状态，高压缩性。粘土：深灰色，很湿，可塑状态，高压缩性。n n粘土：深兰灰，灰色，很湿，可塑状态，中高粘土：深兰灰，灰色，很湿，可塑状态，中高压缩性，层间夹压缩性，层间夹51 51 、52 52 层透镜体。层透镜体。n n稳定水位在地表下稳定水位在地表下1.01.00.8m0.8m之间，主要为潜水，微之间，主要为潜水，微具承压性，含水层为粉土，主要为大气降水及含水层具承压性，含水层为粉土，主要为大气降
18、水及含水层的侧渗补给。的侧渗补给。1616n n设计采用钢筋混凝土桩与该新型压灌水泥土桩相结合的挡土止水复合支护方案。同时在有条件的地方卸载，在被动区打素混凝土桩及该新型水泥土桩加固，并辅以拉锚进行复合支护。经过近一个月时间两台钻机施工，共完成了1426根桩施工，其中钢筋混凝土桩475根，素混凝土桩273根，该新型压灌水泥土桩678根。经开挖后发现钢筋混凝土桩与该新型水泥土桩结合紧密，止水效果好，桩顶位移观测稳定，现已打了900mm厚钢筋混凝土底板。顺利完成了基坑支护任务。效果图附后。 17171818n n实施例实施例2，某淤泥土厚811m，其下为46m淤泥质黏土，基坑深67m，基坑面积约4
19、0000m2，采用钢筋混凝土桩与该新型压灌水泥土桩相结合的挡土止水复合支护方案，代替原6排搅拌桩支护方案，有效降低成本、缩短工期、保证质量。1919n n实施例实施例3，某流沙层，厚度约56m，地下水埋深较浅，基坑深12m，采用钢筋混凝土桩与该新型压灌水泥土桩相结合的挡土止水复合支护方案，有效防止桩间土流失，保证基坑支护成功。n n实施例实施例4，北京某地铁砂卵石地层，厚35m，卵石粒径达20cm，坑深1518m，水位较浅，采用钢筋混凝土桩拉锚与该新型压灌水泥土桩相结合的挡土止水复合支护方案，有效地解决搅拌桩或旋喷桩的“搅不动”“喷不动”问题，确保止水成功，并且施工速度快，节约造价，还便于现场文明施工。2020n n实施例实施例5，某小区上部杂填土2m，下部为泥炭土57m，再下为粉质黏土，地上为6层住宅和35层厂房，采用该压灌水泥土桩做母桩，利用当地价廉的振动沉管工艺在该水泥土桩中心做成低标号的CFG桩，形成复合地基，大幅度提高单桩承载力，达到了造价低、工期短、质量好的目的，解决了任何一种单纯的工艺所不能解决的问题。也能十分有效地解决CFG拌合料成桩充盈系数大的难题！2121
