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SMC、MC、SC、SM劲性复合桩的施工方法原理和应用
“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。
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,
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。
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,减少 了工后沉降,缩短了地基稳定时间。预留砂石桩作为 排水通道在工后长期存在并构成复合地基。十分适用 于高速公路的软基处理,如在桥头部位可再在水泥土 复合桩中打入素砼劲芯,以增强该部位的强度和稳定 性,减少该部位的沉降。粉喷桩与细而密微型散粒体 桩相复合,互补增强、相得益彰,极大地提高了粉喷 工法在软土地基中的加固效果和应用范围。
“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。
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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。
(四)结论
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。
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。
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), 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 φ280mm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。
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。
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。
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。
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。
M或C桩 S桩
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
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。
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。
(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。