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劲性复合桩施工方法原理及有效应用


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。
2、排水固结通道作用:
(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。
粉喷桩机和微型振动沉管桩机
步骤一
步骤 二
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在软弱土层部位先打砂石桩(S)(1)
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在部分砂石桩中心打水泥土搅拌桩(2)
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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 果。
SMC、MC、SC、 SM劲性复合桩的施 工方法原理和应用
SMC三元复合桩示意图
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。
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。
(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。
4、改善桩间软土状态,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。
“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。
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)。
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。
“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。
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