水泥复合土

水泥复合土（共8篇）

水泥复合土 篇1

1 引言

随着我国工业布局和城市发展的规划, 越来越多的建筑将建在地基条件较差的场地, 建在软土地基上的建筑物将越来越多。作为加固饱和软土地基的一种方法, 水泥土搅拌桩基础利用水泥作为固化剂, 通过特制的机械, 将软土和水泥强制搅拌, 利用水泥和软土之间所产生的一系列物理-化学反应, 使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。这种方法的出发点是最大限度地利用了原土, 相比较处理软土地基的其它方法, 该方法具有施工方便、费用低廉、加固软土较深等优点。

2 水泥土搅拌桩复合地基的工程特性

2.1 地基处理概述

地基是指承托建 (构) 筑物基础的一部分范围很小的场地, 根据基础以下的土体名称和性质的不同分别称为碎石土地基、砂土地基、粘性土地基、软弱土地基、冻土地基、膨胀土地基和盐渍土地基等, 当基础直接建造在未经加固的天然土层上时, 称为天然地基。若天然地基较为软弱, 不能满足建 (构) 筑物作用下承载力的要求、变形要求或在地震作用下有可能产生液化、震陷及失稳时则先要经过人工加固处理后再建造基础, 这种对不良地基进行补强加固的过程称为地基处理。

2.2 地基处理的对象

地基处理的软土对象有以下几类:

软土这里的软土应为相对软弱土, 是指该土层在上部结构荷载加上后, 其承载力或变形不能满足规范规定要求的土层。这里既包括淤泥及淤泥质土, 也包括土质相对较好但当上部结构荷载很大而不能满足要求的土。淤泥及淤泥质土是在静水或缓慢流水环境下沉积, 经生物化学作用形成, 有的富含有机物, 其天然含水量大于液限。这类土的特性是天然含水率高, 天然孔隙比大, 渗透系数小, 抗剪强度低, 地基变形大, 不均匀变形也大, 且沉降缓慢。冲填土也即新近沉积土, 成分比较复杂, 这里主要是要对强度较低和压缩性较高的久固结粘性冲填土进行研究, 以确定处理方案。杂填土这类成分尤为复杂, 多为建筑垃圾、生活垃圾及工业废料等, 这类土结构松散, 均匀性差, 压缩性高, 强度低, 设计地基处理方法时应尤其注意其纵向不均匀性。较软弱土是指土质相对较好, 但由于上部建筑物荷载较大, 而不能满足要求的地基土。对这类土进行地基处理设计时, 应确保其加固后的复合强度和最终变形指标能满足上部结构的要求。动力失稳土这类土包括由地震影响可能引起液化的砂性土, 粉土及可能引起震陷的软土。

2.3 地基处理的方法及适用范围

地基处理方法的分类多种多样, 如按时间分可分为临时处理和永久处理;按深度分可分为浅层处理和深层处理;按处理的方式可分为化学处理和物理处理。一般采用按照地基处理机理进行分类。

3 复合地基

复合地基能够较好利用增强体和天然地基两者承担建 (构) 筑物荷载, 所以具有比较经济的特点。自国外1962年首次开始使用“复合地基” (Composite Foundation) 一词以来, 复合地基的概念己成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立的基础和根据。

3.1 复合地基的基本概念

所谓复合地基, 一般可认为由两种刚度 (或模量) 不同的材料 (桩体或桩间土) 所组成, 在相对刚性基础下两者共同分担上部荷载并协调变形。其研究方法经常是在众多根桩所加固的地基中, 选取一根桩及其影响的桩周土所组成的单元体作为研究对象。

3.2 复合地基的特点

复合地基具有以下特点:

工艺简单:深层搅拌桩可一次完成成孔与成桩, 施工速度快, 工期短。复合地基目前已有较为成熟的施工工艺, 原料拌和、灌注、夯填均易操作, 技术指标容易控制。

施工方便:施工机械均为常用建筑机械, 如长螺旋钻机、振动沉管机、粉喷机、混凝土搅拌机等, 某些工艺如夯实水泥土桩, 采用人工洛阳铲即可施工。

造价低廉:复合地基充分发挥桩间土的承载力, 减少用桩量, 且不使用昂贵的钢材, 耗用建筑三材少, 一般可就地取材或使用工业废料, 大大降低造价, 且有利于环保。

适用范围广:采用复合地基可明显提高地基承载力, 减少沉降。过去人们认为复合地基只能用于中小型工程, 随着复合地基技术的发展, 在大型工程及高层建筑中, 应用越来越广, 在超高层中的应用也不乏其例。此外, 复合地基还可用于消除地基液化、边坡加固等。

3.3 复合地基的分类

桩体如按成桩所采用的材料可分为:散体土类桩-如碎石桩、砂桩等;水泥土类桩-如水泥土搅拌桩、旋喷桩等;混凝土类桩-树根桩、CFG桩等。桩体如按成桩后桩体的强度 (或刚度) 可分为:柔性桩-散体土类桩属于此类桩;半刚性桩-水泥土类桩;刚性桩-混凝土类桩。半刚性桩中水泥掺入量的大小将直接影响桩体的强度。当掺入量较小时, 桩体的特性类似柔性桩;而当掺入量较大时, 又类似于刚性桩, 为此, 它具有双重特性。

4 水泥土搅拌桩复合地基中的应用

4.1 布桩形式的选择及加固范围的确定

搅拌桩的布桩形式对加固效果有较大的影响, 根据拟建工程地质条件、上部结构的荷载要求以及现阶段深层搅拌法的施工工艺和设备, 搅拌桩一般采用柱状、壁状、格栅状和块状四种布桩形式。

柱状。在所要加固的地基范围之内, 每间隔一定的间距设置1根搅拌桩, 即成为柱状加固形式。适用于加固区表面和桩端土质较好的局部饱和软弱夹层;在深厚的饱和软土地区, 对基底压力和结构刚度相对均匀的较大的点式建筑, 采用柱状加固形式并适当增大桩长, 放大桩距, 可以减小群桩效应。

壁状和格栅状。将相邻搅拌部分重叠搭接即成为壁状或格栅状布桩形式。一般适用于深基坑开挖时软土边坡的围护结构, 可防止边坡坍塌和岸壁滑动。在深厚软土地区或土层分布不均匀的场地, 上部结构的长宽比或长高比大, 刚度小, 易产生不均匀沉降的多层砖混条形基础, 采用格栅式加固形式使搅拌桩在地下空间形成一个封闭整体, 可提高整体刚度, 增强抵抗不均匀沉降的能力。

块状。将纵横两个方向相邻的搅拌桩全部重叠搭接即成为块状布桩形式, 它适用于上部结构荷载面积大, 不均匀沉降要求较为严格的构筑物的地基处理;另外在软土地区开挖深基坑时, 为防止坑底隆起和封底时, 也可以采用块状布桩形式。搅拌桩按照其强度和刚度是介于刚性桩和柔性桩之间的一种桩形, 但其承载性能又和刚性桩相近, 因此在设计搅拌桩的加固范围时, 可只在上部结构的基础范围内布置, 不必像柔性桩那样在基础之外设置围护桩。布桩的形式可为正方形、正三角形等多种形式。布桩时摩擦桩必须考虑群桩效应, 桩距不宜过小。目前, 搅拌桩的桩径大多在φ500～700mm。由于基础宽度的限制, 常常会给布桩造成困难, 多数工程桩距较小。解决这个矛盾的途径:一是采用单轴搅拌, 将桩径缩至φ400mm左右;二是在基础和搅拌桩的桩顶之间设置150～300mm厚的粗粒材料垫层拉开桩距;三是增加桩长, 减少桩数, 增大桩距。实践证明, 采用以上措施是有效的。复合地基中, 搅拌桩的桩距不宜小于2d (d为桩径) 。

4.2 水泥土搅拌桩沉降变形

影响水泥土搅拌桩沉降的主要因素:桩长对沉降的影响水泥土搅拌桩的强度和压缩模量介于刚性桩和柔性桩 (散体材料桩之间。桩顶荷载通过桩侧摩阻力和桩端阻力传递给土体, 同时桩体发生侧向膨胀, 且主要发生在桩顶以下一定长度范围内, 该段桩体是水泥土搅拌桩的主要受力区。水泥土搅拌桩的主要破坏形式是桩体的环向拉伸导致沿径向开裂破坏。此外, 桩体也可能发生压碎破坏。当地基中的滑动面穿过桩体时, 还有因剪切破坏导致断桩的情况。研究表明, 水泥土搅拌桩存在临界桩长, 超过临界桩长, 增加桩长并不能减少地基沉降

参考文献

[1]叶观宝.地基加固新技术, 机械工业出社, 2002

[2]李宁, 韩煊.褥垫层对复合地基承载机理的影响, 土木工程学报, 2001

水泥土桩复合地基加固机理分析 篇2

1水泥加固软土机理

水泥土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同, 混凝土的硬化主要在粗填料中进行水解和水化作用, 所以凝结速度快。而在水泥加固土中, 由于水泥掺量很小, 水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质-土的围绕下进行, 所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土较为缓慢。

1.1 水泥的水解和水化反应

普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、二氧化碳、三氧化铝、三氧化硫及三氧化二铁等组成, 由于这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物;硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、硫酸钙、铁铝酸四钙等。用水泥加固软土时, 水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应, 生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水氯酸钙及含水铁酸钙。所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶解于水中, 是水泥颗粒表面重新暴露出来, 再与水发生反应, 这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后, 水分子虽然继续深入颗粒内部, 但新生成物已不能再溶解, 只能以细分散状态的胶体析出, 悬浮于溶液中, 形成胶体。

1.2 土颗粒与水泥水化物的作用

当水泥的水化物生成后, 有的自身继续硬化形成水泥石骨架;有的则与周围具有活性的粘土生成反应。粘土和水结合时就表现出一种胶体特征, 如土中含量最多的二氧化硅遇水后, 形成硅盐胶体颗粒, 即表面带有钠离子或钾离子, 它们都能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子进行当量吸附交换, 使较小的土颗粒形成较大的土颗粒, 从而使土体强度提高。水泥水化生成的凝胶离子的比表面积约比原水泥颗粒大1000倍, 因而产生很大的表面能, 有强烈的吸附活性, 能使较大的土团粒进一步结合起来, 形成水泥土的团粒结构, 并封闭各土团的空隙, 形成坚固的联结, 从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。

随着水泥水化反应的深入, 溶液中析出大量的钙离子, 当其数量超过离子交换的需要量后, 在碱性环境中, 能使组成粘性矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应, 逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物, 增大了水泥土的强度。

1.3 碳酸化作用

水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水和空气中的二氧化碳, 发生碳酸化反应, 生成不溶水的碳酸钙, 这种反应也能使水泥强度增强, 但增长的速度较慢, 幅度也较小。

从水泥的加固机理分析, 由于人工搅拌的不均匀性, 实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象, 而土团间的大空隙基本上已被水泥颗粒填满。加固后的水泥形成一些水泥较多的微区, 而在大小土团内则没有水泥。只有经过较长时间, 土团内的颗粒在水泥水解产物的渗透作用下, 才会逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳定性较好的水泥石区和强度较低的土地区。两者在空间相互交替, 从而形成一种独特的水泥石结构。可见, 搅拌越充分, 土块越小, 水泥分布到土中越均匀, 则水泥石结构的离散性越小, 其宏观的总体强度也越高。

2桩土共同作用机理分析

水泥土搅拌桩复合地基主要由加固区、下卧层和垫层三部分组成, 加固区主要由桩与桩间土组成, 故对水泥土桩复合地基作用机理分析时, 必须对复合地基从整体上分析, 水泥土搅拌桩复合地基加固体的作用主要表现在以下几个方面:

2.1 桩体作用

由于复合地基中桩体的刚度较周围土体大, 在刚性基础下发生等量变形时, 地基中应力按材料的模量进行分配, 因此, 桩体上产生应力集中的现象。大部分荷载将由桩体承担, 桩间土上应力相应减少。这样就使得复合地基的承载性能较原地基有所提高, 沉降量有所减小。随着桩体刚度增加, 其桩体作用发挥得更为明显。

2.2 垫层作用

水泥土搅拌桩与桩间土复合形成的复合地基, 在加固深度范围内形成复合层, 由于其力学性能优于天然地基, 它可起到类似褥垫层的作用, 均匀地基应力和应力扩散等作用。在桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中, 垫层的作用尤为明显。

2.3 挤密作用

在水泥土搅拌桩施工过程中, 由于振动、排水、材料吸水、搅拌和压力膨胀等作用, 都对桩间土起到一定的密室作用。

2.4 加筋作用

水泥土搅拌桩复合地基除了可提高地基的承载力外, 还可用来提高土体的抗剪强度, 增加土体的抗滑力, 增加路堤填筑的稳定性。

3结语与展望

水泥土搅拌桩作为一种普遍使用的地基处理方式, 本文只是简单的从其加固机理方面分析。然而, 在实际应用中其加固的具体情况还无法用完全精确地理论去分析。如在确定单桩承载力时是按刚性桩来计算的, 而计算沉降时又是认为桩与桩间土的变形是协调的, 这又把水泥土桩当成了柔性桩。再有设置褥垫层后, 基础向地基传递荷载的规律也发生了变化。因此, 用这种地基处理方法获得的地基承载力值仍需要一套更精确的理论去求解。

参考文献

[1]高亚成, 郑建青.水泥土的室内试验研究[J].河海大学学报, 1999, 27 (5) :103-106.

水泥土搅拌桩检查标准 篇3

1．灌砂量。≥95%。测量实际用砂量与设计体积比。不少于95%。2．地基强度。按设计指定方法检测，强度达到设计要求。

3．地基承载力。由设计提出要求，在施工结束一定时间后，进行砂桩地基的承载力检验。其检验方法因各地设计单位的经验等不同，选用标贯、静力触探及十字板剪切强度或承载力检验等方法。

按设计指定方法检验。其结果必须达到设计要求的标准。

每个单位工程不少于3点，1000m2以上，每100m2抽查1点；3000m2以上，每300m2抽查1点；独立柱每柱1点，基槽每20延长米1 点。一般项目：

1．砂料的含泥量。≤3%。取样，进行检验。检查检验报告。

2．砂料的有机质含量。≤5%。取样，用焙烧法试验。检查试验报告。3．桩位。≤50mm。尺量检查，根据桩孔放线检查。4．砂桩标高。±150mm。用水准仪检查。

5．垂直度。≤1.5%。用经纬仪检查桩管垂直度。控制在1.5%内。

施工前应检查砂料的含泥量及有机质含量、样桩的位置。施工中检查桩位、灌砂量、标高、垂直度。

型钢水泥土复合挡土墙技术探讨 篇4

关键词：挡土墙,型钢水泥土,设计与施工技术,型钢回收技术

型钢水泥土复合挡土墙是在连续套接的三轴或多轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的既止水又挡土的复合结构,它通过多轴深层搅拌机在施工现场按设计深度将土体切散,同时从其钻头前端将水泥浆液注入土体,并使之与原位土体反复混合搅拌,然后在水泥土未硬化之前插入H型钢或钢板桩作为应力加强材料,直至水泥土硬结。在施工平面上,桩与桩之间采用重叠搭接的方法,在地下形成一个抗渗性好、刚度大,同时又利用H型钢的强度,能承受较大水平土压力的地下挡土墙。在地下结构施工结束后拔出H型钢回收再利用。型钢水泥土复合挡土墙作为一种基坑支护结构中的围护体,近几年已在基坑工程中得到了较广泛的应用[1,3]。采用型钢水泥土复合挡土墙加内支撑的基坑开挖深度已超过了18 m。工程经验表明,这种围护体是可行的和有效的,但这种围护体形式应用的历史相对还较短,近几年进行这一类围护体结构设计和施工的单位迅速增加,施工经验尚不够丰富,因而也出现了一些质量事故,例如围护桩墙渗漏、变形过大、坑外地面沉降、型钢无法起拔、基坑坍塌等。人们对型钢水泥土复合挡土墙墙体性能的了解和认识,尚有较多不明确的地方[4,5],有必要进一步结合工程试验结果和实际工程经验,不断进行深入细致的分析和探讨。

1 基本特征

水泥土搅拌桩一般采用P32.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺入比不小于20%。被搅拌土体的体积按搅拌桩体截面面积与深度的乘积计算(重复套接的部分只计算一次),浆液水灰比一般在1.5~2.0。搅拌桩28 d无侧限抗压强度标准值一般可达1.0 MPa以上。

常用的三轴水泥土搅拌桩的直径有650 mm、850 mm、1 000 mm等,挡土墙中内插型钢常用截面(高度×宽度)分别为H500×300(或200)、H700×300、H850×300等。内插型钢可采用Q235B,规格、型号及有关技术要求等可按《热扎H型钢和部分T型钢》(GB/Tll263—1998)取用。一般情况下,内插型钢宜采用整材,当特定条件下型钢需采用钢板分段焊接时,应按照《焊接H型钢》(YB3301—92)的有关要求焊接成型。分段型钢应采用坡口焊接,焊接等级不低于二级。焊接接头的位置应避免在型钢受力较大处(如支撑位置或开挖面附近)。

在地下结构施工完成后一般都考虑拔除型钢。型钢表面应涂抹减摩剂,减摩剂是当挡土墙中型钢需回收时,为减少拔除时的摩阻力而涂抹在内插型钢表面的材料。型钢的重复利用在节省工程造价、环境资源的重复利用上有积极的意义。型钢拔除时,当环境条件对变形要求较高时,应采用跟踪注浆、跳孔拔除等具体措施,减少型钢拔除对环境的不利影响。型钢拔除前,水泥挡土墙与地下室外墙间应回填密实,如采用黄砂回填等。

型钢水泥土复合挡土墙施工的主要特点有:1)对周围地层扰动影响较小。由于是直接把水泥浆液就地与切碎的土砂混合,与之相对临近土体扰动较小,较少造成邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损或地下设施破坏等危害。2)施工噪音小、振动小、工期较短、造价较低。由于采用就地钻进并加固原位土而一次筑成墙体,振动小、成桩速度快,墙体构造简单,省去了挖槽、安装钢筋笼等工序,同地下连续墙施工相比,工期缩短较多,造价仅为地下连续墙的40%左右。3)强度较高、抗渗性好。由于水泥土中掺入稳定剂、早强剂等外掺剂,具有增强和凝固作用,其抗压强度和变形模量可比天然软土提高几十至几百倍。桩体水泥浆液与土体反复充分搅拌且桩与桩之间互相咬合搭接,无施工冷缝,因而比传统的地下连续墙具有更好的止水性。4)大壁厚、大深度,适用土质范围广。常用的成墙厚度在550~1 000 mm之间,深度可超过30 m。采用多轴螺旋钻机方式适用于从软弱地层到砂、砂砾地层及直径100 mm以上的卵石等。若采用预削方法还可适用于硬质地层或单轴抗压强度60 MPa以下的岩层。但应注意,在用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数Ip大于25的粘土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区,必须通过现场试验确定其适用性。5)废土产生量小,无泥浆污染。水泥浆液与土混合不会产生废泥浆,不存在泥浆回收处理问题。先做废土基槽,限制了废水泥土的溢流污染。最终产生的少量废水泥土经过处理还可再利用,作为铺设场地道路的材料。

2 设计计算

型钢水泥土复合挡土墙的选型与设计首先要满足安全的要求,其次应充分考虑到经济合理和方便施工,以取得较大的经济效益。搅拌桩直径较大的挡土墙内插型钢的抗弯刚度及变形控制能力均较大。通过增加支撑系统来控制基坑变形的方法较适用于市政长条形基坑,其支撑系统的费用也相对较低;但建筑工程的基坑一般面积较大,还须考虑地下室的分层施工和支撑撤除工况,通过增加支撑道数的方法就不一定可取。

一般而言,在建筑基坑常规支撑设置下,搅拌桩直径为650的型钢水泥土复合挡土墙(内插500×200型钢),开挖深度不大于8.0 m;搅拌桩直径为850的型钢水泥土挡土墙(内插700×300型钢),开挖深度不大于11.0 m;搅拌桩直径为1 000的型钢水泥土挡土墙,开挖深度不大于13.0 m。但在市政基坑中,可通过增加支撑道数,开挖更深的基坑。

挡土墙中型钢的间距和平面布置形式应根据计算确定,常用的型钢布置型式有密插、插二跳一和插一跳一3种。密插是在每根搅拌桩中均插入型钢,插二跳一是在每3根搅拌桩中只插入2根型钢而跳过一个不插入型钢。对于环境条件要求较高,或当桩身范围内多为砂(粉)性土等透水性较强土层,对搅拌桩抗裂和抗渗要求较高时,宜增加型钢插入密度。环境条件复杂的重要工程,型钢的平面布置应采用密插形式。

尽管型钢表面使用减摩隔离剂对于型钢和搅拌桩之间的粘结有不利的影响,但一般认为水泥土与型钢之间仍有一定的粘结强度,可结合所设置的支撑体系近似按板式支护体系进行型钢水泥土复合挡土墙的设计计算。采用型钢水泥土复合挡土墙时,坑外超载不宜大于20 kPa。当坑外地面为非水平面,或有邻近建(构)筑物荷载、施工荷载、车辆荷载等作用时,应按实际情况取值计算。

通常,搅拌桩的作用主要在于抗渗止水,除此以外的基坑各项稳定性和墙体内力、位移的计算均只考虑型钢的作用。在计算墙体的抗弯刚度时,一般只计内插型钢的截面刚度。搅拌桩对墙体刚度的提高作用只是作为一种安全储备。在验算内插型钢截面承载力时,型钢水泥土复合挡土墙的弯矩及剪应力应全部由型钢承担,挡土墙的弯矩及剪应力设计值应分别满足型钢钢材的抗弯、抗剪强度设计值的要求。但是,H型钢和水泥土2种复合材料组成的挡土墙,其受力破坏模式十分复杂。在交接面处,如果没有发生水平向和垂直向的分离,这种理想化刚性结合为完全的共同作用。然而,实际情况的H型钢和水泥土接触并非完全刚性,总是存在不同程度的柔性。试验结果表明:水泥土不但起止水的作用,还起到增加总体刚度等作用,水泥土限制了H型钢的平面侧移和扭转,阻止了H型钢过早失稳,提高了结构的整体稳定性;水泥土对复合体的塑性极限承载力贡献比弹性极限承载力更明显,一般在18%~20%。

当基坑开挖深度较大、内插型钢的间距较大、紧贴坑边有较重的超载时,型钢水泥土复合挡土墙应验算水泥土搅拌桩桩身局部抗剪承载力。局部抗剪计算主要考虑型钢与水泥土搅拌桩交接处的错动剪切和搅拌桩厚度最小(最薄弱截面)处的局部剪切等模式。水泥土搅拌桩实际的抗剪强度值可取无侧限抗压强度的1/15~1/10,对于淤泥或淤泥质土可取下限。

在进行挡土墙截面承载力验算时,支护结构侧向水土压力采用标准值进行计算,将计算得到型钢的弯距和剪力标准值乘以1.25变为内力设计值,再进行型钢的抗弯强度和抗剪强度的验算。

挡土墙中的内插型钢入土深度应满足基坑抗隆起、抗倾覆、整体稳定性和围护墙的内力、变形的计算要求,并考虑地下结构施工完成后型钢能顺利拔出。验算切墙滑弧安全系数时,可根据室内试验结果选取计算参数,一般桩身φ=0~20°,c=(1/15~1/5)qu;其中qu=500~4 000 kPa。

在进行围护墙内力和变形计算以及基坑上述各项稳定性分析时,维护墙的深度以内插型钢底端为准,不计型钢端部以下水泥土搅拌桩的作用。挡土墙中搅拌桩的入土深度,则应满足基坑抗渗流和抗管涌稳定性的要求。搅拌桩的深度可比型钢适当加深,一般桩端可比型钢端部深0.5~1.0 m。

当基坑周边坏境对地下水位变化较为敏感,或搅拌桩桩身范围内大部分为砂(粉)性土等透水性较强土层时,若实际变形较大,搅拌桩桩身易产生裂缝、造成渗漏、后果比较严重。一般情况下型钢水泥土复合挡土墙设计主要是由周边环境条件和相关规范规定结合基坑开挖深度所确定的容许变形值所控制。例如,对一、二、三级重要性基坑,墙体最大水平位移应分别小于开挖深度的0.14%、0.3%、0.7%[2]。

挡土墙的顶部应设置封闭的钢筋混凝土顶圈梁。由于桩身由2种刚度相差较大的材料组成,顶圈粱作用的重要性十分突出。顶圈梁宜与第一道支撑的围檀合二为一,并考虑由于型钢穿越对顶圈梁截面的削弱影响,同时在构造上有一定的加强措施。挡土墙围护体系的围檩可采用型钢(或组合型钢)围檩或混凝土围檩,并应完整、封闭,并与支撑体系连成整体。混凝土围檩在转角处应按刚节点进行处理。应尽量减少钢围檩的接头数量,拼接位置也尽量放在围檩受力较小的部位,钢围檩的现场拼接点宜设在围檩计算跨度的三分点处,在转角处的连接应通过构造措施确保围檩体系的整体性。支撑可采用钢管支撑,型钢(或组合型钢)支撑或混凝土支撑。钢支撑杆件的拼接一般应满足等强度的要求,或在构造上对拼接方式予以加强,如附加缀板、设置加劲肋板等。

计算中应如何考虑水泥土与型钢的共同作用?从力学分析上讲,水泥土要有足够的强度,才能保证水泥土与型钢的共同作用。水泥土的抗拉能力很差,水泥土对复合结构抗弯能力增加的贡献量到底有多少? 需要进行试验模拟研究。在挡墙组合刚度问题上,应进一步完善型钢-水泥土间的相互作用和共同作用理论,包括型钢-水泥土接触界面摩擦、滑移及水泥土失效机理;复合结构从共同协调作用到水泥土开裂破坏演化过程与演化机理;水泥土材料特性的试验研究等。

3 施工与检测

水泥土搅拌桩作为防渗帷幕,其抗渗性能应满足墙体防渗要求。在三轴水泥土搅拌桩施工中,先施工的搅拌桩与后施工的搅拌桩有一孔重复搅拌搭接的施工方式称为套接一孔法施工。

型钢水泥土复合挡土墙施工前应掌握施工区域的地质资料,对于影响搅拌桩成桩质量的不良地质条件和地下障碍物,应事先予以处理后再进行搅拌桩施工,同时应适当提高搅拌桩水泥掺量。

搅拌桩施工应根据地质条件与成桩深度选用不同形式或不同功率的三轴搅拌机。在搅拌深度超过20 m时,须在搅拌轴中部位置的立柱导向架上安装移动式定位导向装置。三轴搅拌机有叶片式、螺旋叶式或同时具有叶片和螺旋叶片的搅拌形式。在粘性土中宜选用以叶片式为主的搅拌形式;在砂性土中宜选用螺旋叶片式为主的搅拌形式;在砂砾土中宜选用螺旋叶片搅拌形式。

三轴搅拌机搅拌下沉速度1 m/min左右,提升速度≤2 m/min,并保持匀速下沉与匀速提升。在正式施工前,按施工组织设计上的水泥浆液配合比与水泥土搅拌桩成墙工艺进行试成桩,是确定不同地质条件下最佳成桩工艺的唯一途径。通过试成桩确定实际成桩步骤、水泥浆液的水灰比、注浆泵工作流量、深层搅拌机喷浆下沉或提升速度及复搅速度,能提高水泥土搅拌桩的成墙质量与施工效率。

注浆泵的工作流量应可调节,其额定工作压力宜大于2.0 MPa。桩与桩的搭接时间不宜大于24 h,若因故超时,搭接施工中必须放慢搅拌速度保证搭接质量。若因时间过长无法搭接或搭接不良,应采取在搭接处补做搅拌桩或旋喷桩等技术措施。

一般三轴水泥土搅拌桩施工步骤为:1) 对于易匀速钻进下沉的贯入送浆成桩工艺是:搅拌桩机就位、喷浆搅拌下沉、复搅提升完成一组搅拌桩施工。2) 对于不易匀速钻进下沉的贯入送浆成桩工艺是:搅拌桩机就位、预搅下沉、喷浆搅拌提升、喷浆复搅下沉、复搅提升完成一组搅拌桩施工。可根据需要增加复搅次数。

型钢插入宜依靠自重插入,也可借助带有液压钳的振动锤等辅助手段下沉到位。型钢的插入宜在搅拌桩施工结束后30 min内进行,插入前必须检查其直线度、接头焊缝质量。型钢的插入采用牢固的定位导向架,并用两台经纬仪双向校核型钢插入时的垂直度,型钢插入到位后用悬挂构件控制型钢顶标高,并应将已插好的型钢连接起来,防止在施工下一组搅拌桩时,造成已插好的型钢移位。型钢回收应在主体地下结构施工完成、地下室外墙与复合挡土墙之间回填密实后方可进行。影响起拔H型钢的主要因素是:型钢的垂直度、水泥土的强度、隔离材料的厚度和技术指标、现场起拔的温度、起拔设备的完善等。

挡土墙的质量检测与验收分为成墙期监控、成墙验收和基坑开挖期质量检查。成墙期监控包括验证施工机械性能、材料质量、试成桩资料以及检查搅拌桩和型钢的定位、长度、标高、垂直度等;并查验搅拌桩的浆液水灰比、水泥掺量、下沉与提升速度、搅拌时间,喷浆均匀度、泵送压力、水泥土试块的制作与测试、搅拌桩施工间歇时间以及型钢的规格、拼接焊缝质量等。成墙验收是按施工段划分若干检验批,除桩体强度检验项目外,每一检验批至少抽查桩数的20%。基坑开挖期间应着重检查开挖面墙体的质量以及渗漏水情况,如不符合设计要求应立即采取补救措施。

现场应抽取20%的对接焊缝作超声波探伤。对于重要工程,可采取试块试验和钻芯取样方法综合确定搅拌桩桩体强度;还可在成桩3 d内用轻便触探检查桩身的均匀性,进行原位测试;在成桩15 d后进行浅部开挖抽样检查桩顶质量及搭接情况。基坑工程施工期间应进行监测与综合分析。

4 工程实例

汉口某基坑开挖深度9.22 m,坑底位于粘土夹粉土、粉砂层中,坑底以下主要是粉细砂、细砂层,砂层中富含承压水,基坑重要性等级为一级。采用Φ850@600 水泥土搅拌桩内插Q235型钢700×300窄翼缘,腹板厚度13 mm,按“插一跳一”方式布置。搅拌桩采用42.5号普通硅酸盐水泥,水泥掺量为20%,浆液水灰比为1.5,型钢及搅拌桩的入土深度为15.52 m。临时支撑系统采用直径609 mm(壁厚12 mm) 钢管支撑,沿基坑竖向埋深1.7 m,6.7 m处各设置1道钢支撑,第1道钢管每延米的抗压刚度为75 MN/m2,每延米的预加轴力为100 kN/m;第2道钢管每延米的刚度为100 MN/m2,每延米的预加轴力为150 kN/m。搅拌桩抗渗系数小于5×108 cm/s,28 d抗压强度大于1.2 MPa。考虑施工期间20 kPa的地面超载,单根型钢的弯矩设计值为778.8 kN·m,单根型钢的剪力设计值为371.5 kN。监测表明,预加轴力对于减小墙体先期水平变形非常有利,围护墙的最大位移为18 mm,地面最大沉降小于21 mm,确保了周围管线和房屋的安全,并成功实施了型钢的回收和再利用。

参考文献

[1]龚晓南,高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]上海市工程建设规范.型钢水泥土复合挡土墙技术规程(试行)[S],2005.

[3]王平.武汉琴台大剧院深基坑工程设计与施工[J].施工技术,2005,35(1):24-25.

[4]孔德志,张庆贺,宋杰.劲性水泥土连续墙抗弯刚度研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(11):1935-1938.

水泥土桩复合地基的应用及浅析 篇5

1 水泥土桩复合地基的应用

阳泉市育才花园住宅小区,杂填土、素填土软弱地基分布较广,成功地采用了水泥土桩复合地基处理。阳泉市矿区育才路组团育才花园住宅楼,位于阳煤集团技校西侧,原市建一公司仓库内,占地面积18 000 m2,由2号,3号,4号,5号,6号,7号楼组成,总建筑面积35 800 m2,砖混结构6层,带阁楼、地下室,采用混凝土条形基础,地基承载力特征值要求180 kPa,由阳泉市规划设计院设计和勘察。根据地质勘察报告,3号,6号,7号楼地基均为杂填土、素填土软弱地基,无地下水,地面以下约5 m～7 m为杂填土及软弱土,一般为中压缩性土,地基承载力约100 kPa,土质松散、密实性差,不能作天然地基,而且施工场地狭窄,地基进行大开挖换土处理,成本高、工期长,适合采用水泥土桩复合地基,由阳泉市建设设计院工程勘察处设计施工。桩径320 mm,桩长为7 m～10 m,一般进入粉质黏土1 m～1.5 m(确保进入密实的粉质黏土0.5 m)。在建筑物基础边线范围内,按正三角形布桩,桩中距0.8 m,排距0.7 m。复合地基完成后,对其楼坐场地做竖向静力载荷试验,经抽样检测,该场地持力层地基承载力特征值都在180 kPa以上,完全满足设计要求。

2 复合地基的设计要点

2.1 应用范围

水泥土桩复合地基适用于处理软弱土层。对承载力在100 kPa以下强度提高较大,在100 kPa以上强度提高较小,该法处理深度范围,一般适用于地下水位以上,处理深度一般为3 m～10 m,过浅,桩间土体隆起,处理效果较差;过深,则效果不理想,也不经济。

2.2 桩位布置

在条形基础底部布桩,其布桩的宽度应大于基础的宽度,每边宽出值按计算规定,保证复合地基在边缘处正常传力,桩距一般可取2.5倍～3.0倍桩径。可根据设计对地基强度提高多少而变动。用桩距控制地基承载力的提高值。桩径一般可取300 mm～400 mm为宜,要根据机械钻孔规格而定。桩深的控制可依据软弱土层底部的起伏变化而定,即将桩分为几个不同深度的桩群,原则上桩应抵承下一层承载力较高的土层上。

2.3 试验问题

应坚持在正式地基处理前先做试验,得出确切数据后,再据此处理地基。试桩复合地基达不到设计要求,尚应修正处理方案。如当地资料积累较多,有较丰富的经验,可以事先不做试验,而是在处理好的地基上做试验,这种做法,如果试验数据符合要求则可,如果达不到设计要求,则造成被动,再采取补救措施,难度较大,且延误工期。

3 复合地基的施工要点

3.1 成孔问题

对于成孔质量的要求,其允许偏差一般是:桩孔垂直度小于2%,孔径误差±20 mm,桩深小于100 mm,孔底虚土残留厚度小于100 mm,进入持力层深度应满足设计要求,桩孔有无缩颈、堵孔、回淤及浸水等情况,如发现异常,应及时处理。

3.2 夯填问题

土料宜采用粘质粉土、粉质黏土或砂质粉土,含水率宜控制在16%～20%。当土料的含水量超过最佳含水量±2%时,应予以晒干或洒水浸润。填料前应夯击孔底,夯击次数应不少于10次,然后分层夯实,每虚铺150 mm～200 mm,夯击3次～5次。桩孔夯填高度应符合设计高度。

3.3 桩体材料配合比

水泥土桩的材料配合比,应根据设计要求由试验确定。一般水泥土桩的配合比为水泥∶土=1∶5或1∶8(体积比)。

4 水泥土桩复合地基的分析建议

1)水泥土桩一般适用于地下水位以上。处理深度一般为3 m～10 m,如处理深度遇到地下水,可采用水泥深层搅拌桩,俗称喷粉桩或干振碎石桩。水泥土桩有它的应用条件和适用范围。目前设计上滥用现象存在,不论什么工程,只要处理软土地基,就采用这种桩体,有些情况下可能造成浪费。对于软弱地基的处理有多种方法,要根据建筑物的地质条件,在技术上进行多方案比较,并作技术经济分析,以求得工程施工技术既合理又经济。2)在施工方面。目前使用的机械成孔有钻机,夯填料有夯填机,机械均较笨重,运行多移动较慢,应考虑使两种机械合为一体,该机应具有成孔及夯填两种功能,这样随成孔,随夯实,一次成功,可加快施工进度。3)在质量检验方面。复合地基是隐蔽工程,施工中必须加强检验,检验内容包括:成孔深度、直径、垂直度、填料夯实度桩体竣工后尚应检验桩间土的干密度桩体填料的干密度地基承载力等。检验方法包括开挖取样试验、触探试验、载荷试验等。4)水泥土桩由于桩体承载力较高,它承担了上部荷载的大部分力,因此,组成的复合地基承载力较高。通过工程实践和检测,一般处理前的地基比处理后的地基,其承载力提高1倍或1倍以上,且减少沉降变形。该项技术具有施工简单、振动小、噪声低、无污染、技术可靠、经济合理等优点。经过处理的复合地基从整体上看,地基十分均匀,它往往比天然地基更为理想,对于建筑物沉降量,特别是均匀沉降更为有利。5)水泥土桩虽然应用较广泛但也存在一些问题地基处理遇到地下水时施工困难或不能施工,应下功夫解决遇到地下水的施工问题。b.局部处理软弱地基时,大型机械施工无法进行,建议研究配套设备,应对局部处理。对于面积小、工作面狭窄的地方,如使用小型设备施工,可扩大该桩的使用范围

摘要：对水泥土桩复合地基进行了介绍,通过水泥土桩复合地基在工程中的应用,探讨了该复合地基的设计和施工要点,从适用范围、施工、质量检验及承载力等方面分析了水泥土桩复合地基,并提出了建议。

关键词：水泥土桩,复合地基,应用,承载力

参考文献

[1]张文红.夯实水泥土桩复合地基在工程中的应用[J].山西建筑,2007,33(6):108-109.

水泥复合土 篇6

某住宅楼长60.30m, 宽11.10m, 共7层。采用砖棍结构, 条形基础, 按设计要求处理后地基承载力标准值为fk=160kPa, 对该住宅楼运用了抛石挤淤夯实水泥土桩处理地基, 效果明显。

1.1 工程地质条件。

据工程地质勘察报告, 除上部杂填土外均为第四系冲洪积松散沉积物, 勘察深度内地层共分5层, 分布如下: (1) 层:杂壤土, 晴褐色-褐色, 稍湿-湿, 主要由砖石瓦块、粉土、粉质黏土组成, 结构松散, 层厚为自然地坪下3.3～6.8m, fk=90kPa。 (2) 层:粉质黏土, 褐黄色, 饱和, 可塑, 结构性强, 孔隙发育, 含少量铁、锰结核。层厚4.5～4.7m, fk=140kPa。 (3) 层:粉质黏土, 黄色, 很湿, 局部饱和, 可塑, 含少量云母及钙质结核, 局部夹薄层粉土及黏土, 层厚4.5～4.7m, fk=140kPa。 (4) 层:中细砂, 黄褐色, 饱和, 稍密-中密, 主要成分为石英、长石, 层厚1.2～1.8m, fk=180kPa。 (5) 层:粉质黏土, 黄褐色, 可塑, 饱和, 含钙质结核、砂粒及少量云母。fk=150kPa。地下水位在地表以下4.9m左右, 地下水为潜水。

1.2 施工难点。

本工程采用长螺旋钻机成孔, 夹板式自落夯实机夯实桩体, 由于场地地下水位较浅, 经现场观察, 稳定水位在桩底上约700mm处, 成孔后1min内水位稳定, 并有轻微的管涌现象, 夯实孔底时造成附近桩孔坍塌, 以至于无法夯实孔底。由于土体被扰动, 结构破坏, 土的强度降低, 影响了桩土组成的复合地基的承载力。

1.3 荷载传递分析。

复合地基受载荷作用下桩土共同作用, 桩间土与桩体受力有变形协调作用。实测资料表明, 桩侧摩阻力与桩端阻力呈异常发挥, 桩侧摩阻力的发挥早于桩端阻力, 桩体刚度与土体刚度的大小对荷载传递规律有较大影响。在桩体相对刚度较小的情况下, 柱体本身的压缩量等于桩顶端的位移量, 桩底端相对周围土体没有位移产生且无位移趋势, 则桩端阻力等于零, 桩体四周与土之间相对位移自上而下逐步减小。随荷载的增大, 柔性桩桩侧摩擦力首先在桩端达到极限摩擦力。然后逐步发展。图1所示的柔性桩有一临界长度, 故利用其沿深度变刚度的设计方法, 具有较好的经济效益。图2显示对某一桩土模量比存在一有效桩长。从该关系可知, 在给定土质情况下, 可通过调节水泥土柱的水泥掺和量及置换率来调节桩土应力比, 从而达到充分发挥桩土共同作用的目的。

1.4 处理方法。

结合本工程实际情况并参照以往成功的处理方法, 利用抛石挤淤法处理桩端, 具体方法如下:

成孔后水位稳定前将粒径20～40mm的石子抛入孔中, 然后用人工夯锤将其夯实, 其上部正常施工。这样做既不影响桩体质量, 又能减小邻近孔受土体扰动影响, 保证桩体的承载力。这种方法施工的水泥土桩类似于扩底桩, 桩体底部相当于人造持力层, 可防止桩端土体软化形成纯摩擦桩, 又保证了复合地基承载力的安全度。

2 夯扩桩断桩原因分析

某粮库工程共13栋平房仓, 分2个区段, I区7栋, Ⅱ区6栋, 每栋平房仓30m*60m, 门式刚架结构。两端山墙及中间墙下基础为条形基础, 纵向是独立基础, 条形基础下有夯扩桩66根, 分3排, 柱间距1.5m, 排距1.7m, 独立基础下有夯扩桩4根, 间距1.7、1.8m, 夯扩桩设计直径426mm, 桩顶标高-1.9m, 有效桩长4～7m (视持力层深度面变化, 桩端进入持力层1m) , 钢筋笼比设计桩长短500mm, 混凝土强度等级C25, 设计扩大头直径700mm、高度1000mm, 单桩极限承载力标准值700kN。

2.1 施工工艺。

夯扩桩施工采用两次夯扩的施工工艺, 施工参数如下:两次投料高度H1=H2=2.2m, 拔管高度h1=0.8m、h2=0.6m, 夯扩时内外管同步下沉至离桩底距离c1=0.2m、c2=0。施工顺序为独立桩基的4根桩一次性连续施工完, 条形基础由于桩间距小, 采用梅花形间隔跳打, 1周后插打。

2.2 断桩情况。

夯扩桩施工完毕后, 进行了低应变动测和静载荷试验, 试验结果I区均为完整桩, 单桩极限承载力580～640kN;Ⅱ区独立柱基下均为完整桩, 单桩权限承载力700kN以上, 条形基础有部分断桩, 断桩位置在夯扩头与桩身交接处。某断桩的Q-s曲线表明, 当荷载为220kN时, 沉降量为2.5mm, 加至下一组荷载280kN时, 沉降量为17.5mm, 为前一级荷载沉降量的7倍。依据规范判断, 则该桩极限承载力即为220kN。为进一步探明断桩事故的原因及性质, 继续采用慢速维持荷载法逐级加载, 当加载至640kN时, 沉降量为115mm, 且达到相对稳定标准。上述静载试验表明:该夯扩桩的桩身与扩大头交接处已经断裂, 裂缝达100mm左右, 属严重不合格桩, 但当桩身沉降至与扩大头接触时, 由于夯扩头的端承作用, 其竖向承载力得到提高, 达到640kN。按设计单位和质量监督部门意见进行了补桩。

2.3 断桩原因分析。

夯扩桩属挤土桩, 挤土作用是本工程产生断桩事故的主要原因。独立柱基下均为完整桩, 所有断桩均在条形基础的群桩之中, 分析其原因为条形基础夯扩桩2次插打时, 挤压第1次施工的桩, 使桩产生上拔力, 将桩拉断。

2.3.1 夯扩桩设计扩大头直径700mm、高度1000mm, 而规范要求夯扩柱的最小中心距为2D=1400mm, 故设计最小柱距为1500mm是合理的, 钢筋笼设计长度比桩短500mm, 在夯扩头部位的锚固长度为500mm, 也能满足要求。依据设计提供的施工参数, 在正式打桩前进行了试成桩, 并用挖土机将桩挖出以检验扩大头的尺寸, 实测扩大头直径1100～1300mm、高度650mm, 而根据规范提供的经验公式:, 两者结果基本相符。

采用上述施工参数, 在本工程的地质条件下, 实际施工的夯扩头直径、高度与设计相差很大, 然而工程桩施工既未调整施工参数, 也未调整桩距和钢筋笼的长度, 使得桩距过短, 钢筋笼在夯扩头部位的描固长度严重不足。

2.3.2 查断桩的原始记录, 少部分断桩为2次插打的夯扩桩。其断桩的原因是未按要求连续施工。这些桩均为当天晚上施工的夯扩桩, 中间间断约6h后第2天继续施工, 未按施工方案要求24h连续施工。由于间隔时间短, 混凝土终凝不久, 强度很低, 受挤压而产生断桩。

2.3.3 所有的断桩事故均发生在Ⅱ区, I区未出现断桩, 主要原因是由于Ⅱ区地层土质明显好于I区, 而地层土质越好, 夯扩桩施工所产生的震动和干扰越大, 越容易发生断桩事故。从以下4方面可以看出, I区土质比Ⅱ区差:a.依据地质报告:I区淤泥层埋深-4～-8m, 平均厚度3.6m左右;Ⅱ区淤泥层埋深-1.3～-4m, 平均厚度小于1m;b.静载试验结果:I区单桩极限承载力580～640kN, Ⅱ区700kN以上;c.施工进度比较:I区4台夯扩桩机, 平均每天施工约100根桩;Ⅱ区5台夯扩桩机, 平均每天施工75根桩左右;d.挤土情况比较:I区土层没有明显变化;Ⅱ区普遍隆起100～500mm, 表面龟裂。正是由于I区淤泥层埋深、厚度均大于Ⅱ区, 使I区夯扩桩设计有效桩长为5.8～7.0m, 而Ⅱ区夯扩桩有效桩长4.15～4.80m, 比I区短得多, 因而I区夯扩桩扩大头以上覆土厚度大于Ⅱ区, 特别是高压缩的淤泥质土比Ⅱ区厚得多, 从而减少了夯扩时对邻桩向上的挤压力, 避免了断桩事故的发生。另外, Ⅱ区明显的隆土现象未引起监理和施工单位的足够重视, 没有采取有针对性的解决措施, 也是夯扩桩产生断桩事故的原因之一。

2.4 结论

2.4.1夯扩桩施工前宜进行试成桩。对短桩可挖出夯扩头, 实测夯扩头直径、高度, 以便有更直观、准确的把握;对长桩可根据规范提供的经验公式计算, 根据实测或计算结果调整、确定桩距、桩数及各项施工控制参数, 并尽量加大桩距, 减少桩数, 以减轻施工过程中的挤土、隆土现象。

2.4.2夯扩桩的施工顺序应根据不同土质的特性、深度及桩长、桩距等合理安排。夯扩桩应由中间向外进行或退打, 以防桩身挤断和被设备压坏。对独立承台下的几根桩, 必须在邻近桩混凝土终凝之前连续施工, 一次性完成。对群桩基础, 夯扩桩应慎重采用, 否则在工期较紧的情况下, 很难合理安排好打桩顺序, 如采用隔一排打一排的施工顺序, 打桩过程也必须连续进行。另外, 2次插打的间隔时间应根据土质情况、桩长、桩身混凝上强度等确定, 时间越长越好, 须待桩混凝土强度达到设计强度的70%以上。

摘要：结合工程实例, 对抛石挤淤夯实水泥土桩施工技术及夯扩桩断桩的原因进行分析, 并得出结论。

关键词：抛石挤淤法,断桩,水泥土桩,复合地基,施工技术

参考文献

[1]张振拴, 王占雷, 杨志红等.夯实水泥土桩复合地基技术新进展[M].北京:中国建材工业出版社, 2007.

水泥复合土 篇7

1 模型试验研究

1.1 模型试验总体装备(见图1)

1.2 材料的选取

试验用的土是采用赣州赣江边的软土,其物理性质是:含水量为51.3%,粘聚力为2.35 kPa,φ=0.85°;试验用水泥采用325号普通硅酸盐水泥。

1.3 模型的形成

制成水泥土桩,在顶面盖一层塑料薄膜,然后铺设按实验要求的砂垫层,在垫层上加5 kPa的压力作为压密荷载。

2 模型试验内容

1)在褥垫层厚度为25 cm的条件下,桩长分别为100 cm,120 cm,150 cm时,加一定的荷载,量测在各个荷载作用下的桩顶及桩间土表面的压力值,改变所加荷载,并绘出各自的桩土荷载分担比的曲线图。

2)在桩长一定的条件下,改变褥垫层的厚度,量测桩顶和桩间土表面的压力值,并绘制桩土荷载分担比的曲线图,再改变荷载,重复以上实验。

3 模型试验结果与分析

桩长0.8 m的水泥土桩成型60 d后,进行加载试验本试验,采用压力盒测读桩顶及桩间土表面的压力值,再将桩长改为1.2 m和1.5 m,重复以上试验。测试结果如表1所示。

注:Pp/p为桩荷载分担比;Ps/p为土荷载分担比

根据桩土荷载分担比的变化规律可以发现,当水泥土桩复合地基承受垂直荷载时,桩和桩间土共同作用,由于桩间土承受荷载后被压缩,增加了桩周土对桩体的约束力和抵抗力,从而增加了桩体的侧摩阻力和支撑能力,使荷载逐渐向桩体转移。由于水泥土桩的桩土应力比随桩长的增加而增大,在同级荷载下短桩复合地基沉降量比长桩复合地基的沉降量要大,荷载较小时,土承担的荷载大于桩承担的荷载,随着荷载的增加,桩间土承担的荷载占总荷载的百分比Ps/p逐渐减小,桩承担的荷载占总荷载的百分比Pp/p逐渐增大,当荷载P=Pk时,桩和桩间土承担的荷载各占50%,P>Pk时,桩承担的荷载超过桩间土承担的荷载。由于水泥土桩的变形模量比桩间土的变形模量大,所以在荷载作用下,桩的沉降变形要比桩间土变形小,由于基础下设置了一定厚度的褥垫层,桩体可以向上刺入,伴随这一变化过程,垫层材料不断调整补充到桩间土上,以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。在外加荷载作用一定的条件下,随着桩体长度的增加,桩间土荷载分担比减小,即桩土应力比提高,在桩体长度一定的条件下,外加荷载作用越大,桩荷载分担比越大,即桩土应力比越大。

在桩长为1.2 m,外加荷载分别为50 kPa,100 kPa,150 kPa的条件下,改变褥垫层的厚度,试验结果如表2所示,可以得出,在同一荷载下,桩土应力比随着褥垫层厚度的增加而减小,也就是说,褥垫层厚度越大,桩间土发挥作用越大,不是平时所理解的,桩间土承载越差,褥垫层厚度越大,桩间土承载力越高,褥垫层厚度越薄。在同一褥垫层厚度的情况下,随着外加荷载的增加,桩土应力比呈增加趋势,但当褥垫层厚度大于20 cm时,桩土应力比的变化很小,也即桩荷载分担比、桩间土荷载分担比基本保持一致。可见,褥垫层具有调整桩土应力比的作用[3]。

4 试验意义

此室内模型试验就是将实际工程中的原型按一定的比例进行缩小,再进行室内模拟试验,模型试验的理论基础是相似原理,即试验模型与原型满足一定的相似原理,由于土的本构关系等多方面的原因,本试验不能完全模拟原型的工作情况。但是本模型试验以其独特性能满足平衡方程、相容方程、几何性状尺寸,边界条件等相似条件下来探讨水泥土桩及褥垫层的工作机理。其具有一定的优越性,表现为:1)将试验模型结果与现场试验结果相比较,具有一致性,可以满足定性分析的要求。2)本试验模型可以对不同的持力层刚度、不同的桩间土进行模拟,这是现场所无法做到的。3)此试验模型可以随时改变桩长、桩径、桩间土性质及褥垫层厚度等参数,从而可以完成一系列的试验功能,操作方便,简单易行,经济可靠。

5 结语

文中通过对水泥土桩复合地基的室内模型试验,对水泥土桩桩长及褥垫层厚度对桩土应力比的影响进行分析,得出以下几个结论:

1)水泥土桩复合地基的桩土应力比与桩长有关,当外加荷载一定时,随着桩长的增加,桩承担的荷载增加,桩间土承担的荷载减少,桩土应力比增加,但当桩长达到某一值后其作用明显减小,即明显存在一个临界桩长,该临界桩长与上面的荷载面积的大小有关。

2)褥垫层能保证桩土共同承担荷载,通过调整褥垫层的厚度,可以控制桩土应力比,褥垫层越薄,桩荷载分担比越大,褥垫层越厚,桩间土荷载分担比越大,随着褥垫层厚度增加,桩土应力比越接近于1,此时桩的荷载分担比很小,即桩的作用不是很明显了。

3)此室内模拟试验模型可以对水泥土桩复合地基的工作原理进行模拟,试验结果与原型比较具有相似性,并且能完成多种模拟试验功能,这对水泥土桩复合地基的实际工作状态具有一定的参考价值。

摘要：通过水泥土桩复合地基的室内模拟试验研究,分析并得出了桩长、褥垫层、桩土应力比之间的关系,指出本试验模型操作方便、省时省力,能实现多种实验功能,值得推广,此模型试验结果对水泥土桩的实际工程设计具有一定的参考价值。

关键词：水泥土桩,复合地基,桩长,褥垫层

参考文献

[1]龚晓南.复合地基[M].杭州:浙江大学出版社,1999.

[2]高玉杰.复合地基作用机理的试验研究[D].西安:西安公路交通大学硕士论文,2000.6.

[3]化建新.复合地基技术及应用[J].岩土工程技术,2001(2):25-26.

水泥复合土 篇8

水泥土搅拌桩具有施工简单、速度快、振动小、土体加固后容重变化小等优点被广泛应用于软基处理[1]。在此基础上, 东南大学刘松玉教授等通过对其承载机理和成桩机械的研究研制出了钉形水泥土搅拌桩[2]和双向水泥土搅拌桩[3]施工工艺, 并将二者相结合, 形成了钉形水泥土双向搅拌桩[4], 如图1所示。该法属新兴专利技术且在广州地区属首次采用, 为今后在该地区的运用提供借鉴和参考。

本次施工由于广州地区无使用该法施工的历史记录和相关经验, 故在其施工前与施工过程中进行了一系列的相关试验包括不同水泥掺入量、不同水泥型号以及不同施工参数 (桩间距、钻进速度等) 的水泥土室内无侧限抗压强度试验、平板载荷试验 (单桩及单桩复合地基) 、沉降观测试验和测斜试验等。本文重点介绍路基沉降试验的研究和成果。

2 工程概况

黄榄快速干线 (西段) 位于广州市南部, 连接广州市番禺区与佛山市顺德区, 总体呈东西走向, 全长7.57公里, 共分为5个标段。本标段为市政道路标 (第二标段) , 起点为榄核镇平稳村, 桩号K4+300, 止点为规划三路交叉口处, 桩号K5+960, 全长1660m。道路标准:城市快速路, 红线宽度80m, 设计时速:主线80Km/h、辅道40Km/h, 道路标准宽度44m, 双向8车道。

根据勘察资料 (见表1) , 该段路基土均属低强度、高压缩性土, 且多呈欠压密状态, 在土自重、路堤填土荷载及汽车行驶荷载作用下易产生沉降及不均匀沉降, 可能会产生路面开裂, 影响行车安全及道路美观, 故应对拟建道路路堤下一定深度范围内软弱土层进行处理。经分析比较, 全标段除桥梁外最终均采用钉形水泥土双向搅拌桩专利技术处理软基, 处理面积74000m2。最大处理深度23m。

3 沉降观测

3.1 沉降观测目的

本合同段除省道跨线桥外其余路段均经过地基处理。为控制和调整填土速率, 提供施工期间沉降土方量的计算依据, 确保工后沉降控制在设计允许范围内, 设计要求该路段进行路基沉降观测。表面沉降观测是软基处理沉降分析的基础, 沉降速率是判断软基处理成果的一个重要指标和加固效果最直接的反应。

⑴通过对沉降观测数据系统综合分析评估, 为路基填筑计划的制定和执行提供定量的参考数据, 保证填筑过程中路堤的安全, 使路基工程达到规定的变形控制要求。

⑵通过对软基段工后沉降的观测, 掌握沉降发展情况, 为路面 (特别桥头路面) 的施工、永久性路面铺设和异常变化地基的加固提供依据。

⑶通过对软基段的工后沉降的观测, 完善从软基施工到竣工验收整个过程的现场观测资料, 为了解软基处理效果和完成竣工资料提供现场实测数据。

3.2 沉降观测工具及仪器

本次沉降观测所采用工具由一块500mm×500mm, 3cm厚的方形钢板 (沉降板) 、φ6金属测杆, φ10塑料套管组合而成, 金属杆焊接在钢板上, 塑料套管包裹在金属测杆上, 塑料套管的作用是使测杆处于自由状态, 防止测杆与路基填土直接接触发成摩擦, 影响沉降结果, 如图2。观测沉降读数采用DSZ2水准仪, 具体技术指标参见表2。

注:L-水准路线长 (以公里计)

3.3 沉降观测点的布置

为及时、准确、全面地反映路基及构造物的沉降和水平位移情况, 通过观测数据判定路基的稳定性, 沉降观测点布设原则如下:

⑴观测点应设在同一横断面上, 这样有利于观测点的看护, 便于集中观测, 统一观测频率, 更重要的便于各观测数据的综合分析。

⑵沿线路方向150m布设一个观测断面。

⑶所有大、中、小桥桥头位置原则上设置一个观测断面。

⑷所有构造物路段原则上设置一个观测断面。依据施工图设计, 确定各观测断面观测点如表3:

3.4 沉降观测数据

由于试验数据较多, 本文不能全部列出, 选取地基处理具有代表性的一般路段K4+940段的数据进行分析和研究。具体沉降观测数据如表4所示。

根据试验所得数据, 绘制时间沉降量曲线图如图3:

通过图3我们可以得出以下结论:

⑴该段路基的最大沉降量为35.31mm, 出现在中桩 (大里程) 位置, 这是由于中桩的两块沉降板分别放置在桩顶 (小里程) 和桩间土 (大里程) 上。桩间土的承载力相对于桩顶的承载力要小, 即沉降量大于桩顶沉降量。

⑵该段路基的最小沉降量为29.87mm, 出现在中桩 (小里程) 位置, 与最大沉降量之差为5.44mm, 相差很小, 由此可以得到钉形水泥土双向搅拌桩复合地基能使处理后的软土地基很好地形成一个整体, 差异沉降较小, 满足工程需要和设计要求。

⑶路基的沉降趋势基本一致, 即试验开始阶段沉降量呈线性上升趋势, 随着时间的推移和填土的不断进行而增大, 当增大到某一值时, 开始趋向平稳呈水平直线状态。表明路基沉降已经趋于稳定。

⑷路堤填筑完成后, 即该曲线上的2011.03.28至2011.05.09各点的沉降量分别为0.27mm、0.37mm、0.13mm、0.22mm。完全满足设计要求的连续两个月不大于5mm/月, 即可视为该段路基沉降已经稳定。可以进行路面基层的施工。

4 结论

⑴沉降量是判断地基处理成果的重要指标, 尤其对于新工艺、新技术, 进行地基处理的路基沉降是必不可少的控制施工质量的试验指标。

⑵钉形水泥土双向搅拌桩复合地基在地基沉降量和承载力方面能完全适用广州地区多淤泥、淤泥质土的软弱地基, 今后在该地区软基处理工程中可以参考或借鉴使用。

⑶钉形水泥土双向搅拌桩复合地基属于新型地基处理技术, 目前阶段理论还滞后于实践, 沉降量分析只是其中的一个方面, 其他各方面试验还有待于进一步的研究和探讨。

摘要：钉形水泥土双向搅拌桩是近年来新兴的一种地基处理新技术, 结合该法在广州市番禺区黄榄快速干线路基处理中的应用, 通过试验监测和分析表明:钉形水泥土双向搅拌桩复合地基在处理该地区淤泥及淤泥质土的应用中取得了良好的效果, 尤其在路堤填土阶段的沉降观测数据表明:经过此法处理的软土路基在沉降方面完全满足本工程的实际需要以及设计要求。

关键词：地基处理,钉形水泥土双向搅拌桩,沉降观测

参考文献

[1]刘松玉.公路地基处理[M].南京:东南大学出版社, 2001.

[2]刘松玉, 宫能和, 冯锦林, 等.钉形水泥土搅拌桩操作方法[P].中国专利:200410065863.3, 2007-09-12.

[3]刘松玉, 储海岩, 宫能和, 等.双向搅拌桩的成桩操作方法[P].中国专利:200410065862.9, 2006-09-13.