SMC復合樁的施工方法原理和應用 復合樁的施工方法 獲國家發明專利 專利號 ZL01108106 6國際專利主分類號 E02D3 10 并獲香港國際新技術博覽會金獎 粉噴復合樁 獲國家實用新型專利 專利號 ZL200420024553 2 勁芯復合樁及施工方法 已申報國家發明專利 并已公告 申請號 2003101127919 公告號 CN1632236A 散粒體注漿復合樁 實用型申請號 200520076119 3 勁性水泥土砂石復合樁 實用型申請號 200520076117 4 鄧亞光 江蘇省如東縣水利電力建筑工程有限公司電話編 226400 D YG SMC三元復合樁示意圖 用 S 表示柔性砂石樁 柔性散粒體可由碎石 砂 卵石 磚瓦碎塊 鋼渣 礦渣 煤矸石碎塊 砼碎塊 其它建筑垃圾組成 可采用錘擊沉管 振動沉管 螺旋成孔 強夯置換 振動水沖 氣沖 干振 人工挖孔 水沖等方法成樁 土質較軟時可增大散粒體的粒徑 它對軟土起振密 擠密和置換作用并加速軟土固結排水作用 但由于樁身是散粒體 在上部荷載作用下其樁身的承載力主要由樁周軟土的側向約束提供 且荷載傳遞深度僅為樁徑的2 3倍 易產生鼓脹破壞 因而承載力較低 沉降量較大 M 表示半剛性水泥攪拌 主要指水泥土類樁也可為粉煤灰 石灰 爐渣 化學漿液或混合料 可采用粉噴 濕噴 高壓旋噴 注漿形成水泥土類樁體 其特點是樁體具有較高的膠結強度 體積較大 造價較低 但樁身強度受土質影響較大 且樁身均勻性較差 在上部荷載使用下 荷載傳遞深度一般為樁徑的5 7倍 一般地基加固后承載力的提高幅度為原地基的二倍左右 C 表示剛性砼樁 一般指高粘結度 高強度的混凝土類樁 可為預制的方樁 管樁 也可為現澆的鋼筋混凝土樁 CFG樁 素砼 鋼樁 木樁等 可采用鉆孔灌注 振動沉管 錘擊沉管 夯擊成孔 螺旋鉆孔 人工挖孔 靜壓或二種以上方法結合成樁 其特點是樁身強度較高 荷載傳遞深度較大 可適用于承載力要求較高 沉降量要求較嚴的工程 但造價高 工期長 設備投資高 且對場地要求高 有時還有擠土 振動 泥漿排污 噪音等環境問題 且在軟土地基加固工程中 由于樁身材料強度較高而樁身體積相對較小 軟土提供的側摩阻力和端樁阻力較小 在樁身材料強度未充分發揮時由于樁身沉降量較大而達到極限狀態 造成樁身材料的強度浪費 粉噴樁機和微型振動沉管樁機 在軟弱土層部位先打砂石樁 S 1 步驟二 步驟一 在部分砂石樁中心打水泥土攪拌樁 2 在砂石樁中心打水泥攪拌樁 形成SM復合樁 3 SM樁一般先打S樁 再在部分S樁中心施打M樁 形成SM復合樁 并與未被復合的S樁形成多元復合地基 要根據加固目的充分考慮兩類樁的材料 成份 粒徑 樁徑 樁長 成樁方式 相對位置及在土中的位置 是否插筋 復合方式以及土質 成樁效果等因素 以確保SM樁達到理想的設計效果 如在散粒體樁中心施打水泥土攪拌樁可形成散粒體水泥攪拌復合樁 砂石水泥土攪拌復合樁 鋼渣水泥土攪拌復合樁 碎磚水泥土攪拌復合樁時 散粒體樁的樁徑一般較小 材料粒徑也較小 如果土層較軟采用振動沉管或錘擊沉管等方法施打散粒體樁容易縮徑時或不出料時可采用粉噴樁機直接噴射干砂攪拌后再進行水泥噴射并攪拌或者直接噴射水泥干砂混合體并攪拌 如果土層中含水量較低或用于基坑帷幕止水可用深攪樁機噴射水泥砂漿并攪拌 這樣形成的水泥砂土復合攪拌樁強度要高于一般水泥土攪拌樁 如在散粒體樁中心或樁周采用水泥注漿或高壓旋噴可形成散粒體水泥復合樁 散粒體樁的粒徑和樁徑可以相應大一些 應考慮有無素砼墊層或承臺 地面砼等情況決定是否進行上部封閉或預留注漿孔 注漿管可在施工散粒體樁時預留 如用鋼管結合高壓水在土中沖孔 在孔中填入粒徑較小的石子或瓜子片 不再拔出鋼管并在上部進行封閉注漿可形成鋼管勁芯散粒體水泥復合樁 可用于基坑支護 可據不同施工用途或目的在散粒體中心注其它漿液或混合漿液形成凝固速度不同 強度不同的復合樁 一 水泥土砂石復合樁 SM 1 擠密置換作用 一般先施打間距較小 樁徑為220 280mm 樁長達軟弱土層底的砂石樁 對軟基中較軟弱的部位先行擠密加固 砂性土 和置換加固 飽和軟粘土 提高該部位土體的密度和強度 使該軟弱部位的承載力得到初次提高 2 排水固結通道作用 1 施工中的快速排水通道 有了細而密的砂石樁作為排水排氣通道后 會有大量軟土中的水份在高壓氣體的作用和螺旋形葉片反轉成樁時上部10多噸機械自重壓力作用下被強制地從砂石樁中排出 2 預留部分砂石樁構成長期排水固結通道 復合樁間還留有部分砂石樁作為垂直排水通道與褥墊層中的砂石墊層 水平通道 形成排水系統 將會在上部工程施工中及工后長期發揮作用 3 改善樁身顆粒結構 增強復合樁體密度 在砂樁中心再施打水泥攪拌樁 相當于在水泥土體中又增加了20 30 的中粗砂骨料 由于粗粒骨料的比表面積小 吸附能力小強度高 起 骨架作用 使 粘土基質 向 骨架結構 轉變 改善土粒結構 增強復合樁體密度 從而大幅度提高樁體的強度和剛度 4 改善樁間軟土狀態 構筑復合地基 軟土經砂石樁和水泥樁綜合加固 產生了排水固結 振密 擠密 壓密 離子交換 在裂隙部位更明顯 水份被水泥粉體吸附等綜合作用 會產生含水量降低 密度 強度和壓縮模量提高等物理力學指標改善的現象 MC樁在已經施打好的M樁中心施打C樁 形成勁芯水泥土類復合樁可作為剛性單樁也可作為剛性樁復合地基中的豎向增強體與與未被復合的M樁形成多元復合地基 如果在C樁中含有鋼管 鋼筋等筋材 則該復合樁具有抗剪 抗彎和抗拔作用 一定要在水泥或其它漿液未硬凝前打入C樁 并保證其同軸度和垂直度 現在已用多種MC樁應用在工程實際中 如 在上海 江陰地區 將預制小方樁壓入濕噴樁中形成勁芯水泥土樁 單樁承載力高達2000KN以上 在常州地區將管樁壓入粉噴樁中心形成復合樁 大幅度提高了管樁的單樁承載力 在日本和上海等地將型鋼插入剛施工好的濕噴樁體中形成SMW帷幕 用于基坑支護 南通 鹽城地區將振動沉管素砼小樁和鋼筋砼小樁打入粉噴樁中心形成勁芯粉噴復合樁 單樁承載力不低于含外芯在內的同體積剛性樁 在天津地區將管樁壓入高壓噴射注漿的土體中也大幅度提高了管樁的承載力 并使管樁的壓入更加容易和方便 在其它地區也常用深攪樁先行施工 再壓入管樁或方樁 如先施打C樁 并在C樁中預設注漿管進行后期注漿加固C樁的樁端或樁側土層 會較大的提高C樁的樁阻力和側摩阻力 如在全國早已推廣應用的鉆孔樁后壓漿工法 也可視為MC復合樁的一種特殊形式 也可在預制管樁 方樁及現澆砼樁中預設注漿管進行后期注漿加固 SMC樁在已經施工好的SM樁中水泥土未硬凝時打入或壓入C樁 形成SMC復合樁 可作剛性單樁使用 也可與未被復合的S樁 SM樁形成多元復合地基 如在部分SC樁的散粒體部位進行注漿 即形成SCM多元復合樁 如在夯擴載體的散粒體部位預設注漿管進行后期注漿加固或在部分砂石勁芯復合樁的砂石部位進行后期注漿加固 形成強度較高的復合樁 在M或SM樁中心再打C樁 形成MC或SMC樁 4 二 勁芯水泥土復合樁 MC或SMC 在軟基中施打水泥攪拌樁或水泥土砂石復合樁 在水泥未硬凝時施打素砼振動沉管微型樁勁芯 也可加鋼筋籠或插鋼筋 鋼管形成鋼筋砼勁芯 該復合樁由水泥攪拌樁或水泥土砂石復合樁加勁芯兩部分構成 一般攪拌樁徑為500 700mm 如用濕噴 樁徑可高達900mm以上 一般水泥摻入量12 15 樁頂上部可提高3 5 摻灰 并復攪 一般在南通地區樁長在8 10m左右 勁芯樁徑為 220 280mm C20 C30可為素砼或CFG 也可加入鋼筋籠 插鋼筋或鋼管形成鋼筋砼勁芯 1 擠密擠擴作用 1 勁芯的打入能擠密水泥土體 增加水泥土體密度 而水泥土體干密度的增加可大幅度提高水泥土體的剛度和強度 能彌補粉噴樁中心軟芯和減輕濕噴工藝的攪拌不均現象 2 具有擠擴作用 勁芯的打入還會擠擴周圍水泥土體和樁周土體 使樁周土體的界面粗糙緊密 側摩阻力大幅度提高 3 軟弱土體中粉噴樁先行施工會改變土體的軟弱狀態 水泥土體會在勁芯打入時起到護壁作用 素砼勁芯一般不會發生 縮頸 現象 2 改善荷載傳遞途徑及深度 水泥攪拌樁主要受力范圍一般在樁頂下5 7D范圍內 而復合樁中由于勁芯的剛度和強度較高 在上部荷載作用下 應力會集中在勁芯部位 再由勁芯縱深傳遞到其側壁和樁端的水泥土體 成倍地增大了荷載作用于水泥土體的面積而匹配水泥土體產生的較大側摩阻力和樁端阻力 使復合樁全長范圍內的側阻力和樁端阻力充分發揮 3 提高整體強度 剛度 復合樁的承載力不低于同體積的剛性樁 有鋼筋籠或插筋及鋼管存在時 可用于基坑圍護和邊坡穩定工程 在相互搭接的M樁或SM樁中心再打C樁 可插筋 鋼筋籠 鋼管或型鋼 形成用于基坑支護的MC或SMC復合樁 5 在砂石樁中心再打C樁 形成SC復合樁 6 SC樁一般先打S樁 再在部分S樁中心施打C樁 形成勁芯散粒體復合樁 并可與未被復合的S樁形成多元復合地基 如在散粒體樁中心施打振動沉管灌注樁 由于散粒體被振動擠密至樁周軟土形成強度較高的散粒體護壁復合體 會有效防止軟土地基中振動沉管砼樁的縮徑現象 同時散粒體會快速消散振動沉管樁施工時軟土地基中采生的超孔隙水壓力保證C樁中心不滲水 析漿 保證了復合樁中勁芯的強度和整體性 S樁的長度可短于 等于或大于C樁 如將散粒體用夯擴沉管方法打入土中的持力層部位 即復合樁底部 再打入C樁 可為預制管樁 方管 木樁 鋼樁或現澆砼樁 形成現在已成為行業規范并大量應用的復合載體夯擴樁 三 勁芯砂石復合樁 SC 先在軟基中施打振動沉管砂石樁 再在砂石樁中心施打勁芯樁 素砼 鋼筋砼勁芯或CFG樁 形成勁芯砂石復合樁 該復合樁由砂石構成外芯 一般先打 280mm的砂石樁 土層特別軟弱時可復打 再在其中心施打C20 C30素砼或CFG樁 也可加入鋼筋籠 插筋或鋼管形成鋼筋砼勁芯 1 砂石外芯的護壁作用 在已施工好的砂石樁中心復打時填入素砼形成勁芯 砂石樁外芯會擠密樁間土 形成較為堅硬的砂石土復合孔壁 起到較好的護壁作用 保證勁芯的直徑和強度 2 砂石外芯的排水作用 砂石樁的外芯可起到排水作用 可使施工中產生的超孔隙水壓力迅速消散 不會產生直接施打砼樁 在附近樁中出現泛水 泛砂 冒漿等現象 保證素砼勁芯不出現 離析 現象 3 砂石樁在起到護壁和排水作用的同時能改善勁芯與砂石樁 砂石樁與樁周土體的邊界條件 樁周軟土由于砂石及勁芯施工時的振動 擠密 排水固結作用 其密度 強度 承載力 壓縮模量等物理指標會得到較大的提高 反過來提供較高的摩阻力 暗河浜 在暗河浜部位先打S樁 再在部分S樁中心打M樁或C樁 形成SM或SC復合樁 并與預留的S樁組成復合地基 7 M或C樁 S樁 四 結論 4 1復合樁是一種十分適用于沿海軟基處理的經濟有效的新樁型 它綜合了三種類型單元樁的優點 能據土質情況 上部結構要求 加固目的有針對性地 靈活地采取多種組合方式 調整各種樁的樁徑 樁長 摻灰量 強度 顆粒級配 攪拌和復打次數等 使復合樁充分發揮出樁周軟土摩阻力和樁底阻力又匹配材料強度而產生的足夠高的單樁承載力 且能顯著提高樁間土體強度和對承載的參與度 滿足不同的設計要求 4 2水泥土砂石復合樁利用柔性砂石樁對軟弱部位先行加固 經排水固結 擠密 振密作用 再在部分砂石樁中心施打粉噴樁時經全程復攪使周圍砂石樁在大量高壓氣體作用和粉噴樁樁機反轉壓密的雙重作用下 會排出大量水份和氣體 同時軟土被劈裂 水泥粉被順暢排出與水泥 砂 石 土體攪拌均勻并被強制壓密 且在劈裂處與軟土顆粒產生離子交換作用 快速地改善了樁間土的軟弱狀態 樁身中的粗粒體改善了樁 體顆粒結構 起到骨架作用 復合樁體的強度 密度 剛度均得到大幅度提高 同時也提高了樁間軟土的強度和承載力 如能對復雜軟基中的特別軟弱部位針對性地加固 避免了開挖 回填 再打樁的繁瑣工序 也可用于基坑支護 與濕噴工法結合 還有消除或減少地基液化 黃土的濕陷性和膨脹土的脹縮性 可在特殊土地基處理中發揮作用 由于復合樁樁身沉降在施工中迅速完成 減少了工后沉降 縮短了地基穩定時間 預留砂石樁作為排水通道在工后長期存在并構成復合地基 十分適用于高速公路的軟基處理 如在橋頭部位可再在水泥土復合樁中打入素砼勁芯 以增強該部位的強度和穩定性 減少該部位的沉降 粉噴樁與細而密微型散粒體樁相復合 互補增強 相得益彰 極大地提高了粉噴工法在軟土地基中的加固效果和應用范圍 4 3勁芯水泥土復合樁利用大直徑的廉價水泥土提供摩阻力和端阻力 由勁芯承擔和縱向傳遞上部荷載 勁芯復合樁可提供承載力不低于同體積的其它剛性樁 而造價僅為其一半 在一定范圍內代替造價高 工期長的各種預制 靜壓樁 鉆孔樁 它還克服了打入樁的噪音 擠土和鉆孔樁的工期長 泥漿排污及靜壓樁的進場費用高 場地十分松軟時設備無法進場施工等問題 鋼筋砼勁芯水泥土復合樁用于基坑支護時 外芯起止水帷幕作用 且由于勁芯的打入使外芯之間的嚙合作用加強 抗滲抗剪效果顯著 勁芯中的鋼筋 或鋼管 型鋼 主要起抗剪 抗彎 抗拔作用 其分工明確又協調匹配 工期短造價低 經濟技術效果十分明顯 4 4勁芯砂石復合樁利用砂石外芯進行排水 護壁并有擠密 振密樁間土的作用 保證了勁芯的強度和樁身完整性 有利于樁周土體的固結排水 避免了在軟土中直接施打砼小樁出現的 縮徑現象 和 豆腐里插筷子 的現象 使勁芯砂石樁多元復合地基中的各種介質協調匹配 剛柔相濟大幅度提高了整個地基的強度和均勻性 鋼筋砼勁芯砂石復合樁可作剛性單樁使用 其側摩阻力會高于在軟土中直接施打的剛性樁2倍左右 經濟技術效果十分明顯 4 5復合樁多元復合地基符合地基處理規范中提出的 了解本地區地基處理經驗和施工條件 選擇多種地基處理措施組成的綜合處理方案 及重視保護環境的要求 由于它是常用成熟工法的綜合運用 各自樁型均有規范規程 符合地基處理規范中的 技術先進 經濟合理 確保質量 保護環境 因地制宜 等要求 4 6由柔性砂石樁 S 半剛性的水泥土樁 M 和剛性的砼勁芯 C 可構成多種組合方式的多元復合地基 SM SC MC SMC 其中MC即是目前大量推廣運用的 CM高強復合地基 和