砼芯水泥土搅拌桩在软土地基中的应用
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【摘要】本文首先分析了水泥搅拌桩的分类以及砼芯水泥土搅拌桩的基本理论。进而分析了砼芯水泥土搅拌桩桩型的一般构造极其具体应用中的施工工艺，最后结合某工程实例来具体分析了砼芯水泥土搅拌桩在软土地基中的应用。
【关键词】砼芯水泥土搅拌桩；软土；地基；应用
中图分类号：TU47 文献标识码：A
一、前言
在我国公路工程以及建筑工程施工中，经常会遇到软底地基，特别是对于我国沿海地区来说，分布着大范围的软土。在基础工程施工中，必须有效的控制软土地基的受力。砼芯水泥土搅拌桩是一种处理软土地基的有效方式。
二、水泥土搅拌桩的分类
水泥土搅拌桩从成桩后桩体刚度分属于半刚性桩，水泥掺入量常用比例为7%、10%、12%、14%、15%、18%、20%七类，常用掺入比为15%～20%。当水泥掺入量较小时（7%≤aw
三、砼芯水泥土搅拌桩概述
砼芯水泥土搅拌桩作为承压桩,已广泛应用于高等级公路软基处理和房建工程的地基处理,然而用来水平承载,作为基坑的围护结构在国内外才刚开始,它是以预制钢筋混凝土小方桩作为受力核心插入水泥土搅拌桩中形成复合材料桩,即在传统的水泥土搅拌桩围护墙基础上插芯,并用连梁连接,形成的空间门架式结构体系。
这种结构具有较大的侧向刚度,可以有效地限制围护结构的侧向变形。从结构上分析,砼芯水泥土复合桩如同嵌入水泥土中的门式框架,与单排悬臂结构、内撑式围护结构相比,它不用设置内支撑;与双排桩相比,它具有施工方便、挡土结构受力条件好、止水效果好、造价经济等优点。但是它的桩土相互作用比双排桩更为复杂。
四、砼芯水泥土搅拌桩桩型构造和施工工艺
1、桩型构造
砼芯水泥土搅拌桩由水泥土搅拌桩外芯和小直径混凝土预制桩内芯两部分构成,结构如图1所示。
(一)混凝土预制桩内芯
混凝土预制桩标号一般为C30,为变截面方型桩,在工厂集中制作。采用混凝土预制桩作为桩芯,是利用其高强度,低压缩量的特性,与钢管或钢棒作为内芯相比,混凝土预制桩要便宜得多,设计中预制桩内芯一般比外部搅拌桩短1~2 m。
(二)水泥土搅拌桩外芯
水泥土搅拌桩法加固场地限于陆上,加固深度可达30 m,典型的水泥渗入量为15%~20%,水灰比为0.8~1.2,桩径一般为500~800 mm。
2、施工工艺
砼芯水泥土搅拌桩采用国内SMW工法的施工设备进行施工,砼芯水泥土复合桩利用了水泥土搅拌桩的施工机械和施工方法,只要在原来的搅拌桩机上加一套静压设备,即可完成成桩过程,施工流程简要介绍如下:
五、砼心水泥搅拌桩在工程中的具体应用
某工程主要地貌单元为高亢平原和埋藏古湖沼,软土埋藏浅,厚度也较大,最厚可达20~30m,土体的物理力学性质为:黄灰色亚粘土和淤泥质粘土,局部混粉砂,部分为淤泥质亚粘土,流塑,高空隙比,高压缩性,天然含水量26%~42%；天然空隙比0.651~1.187；饱和度75%~98%；压缩模量3.0~9.4MPa,地基容许承载力80~280kPa。
1、设计方案
某工程地基主要为淤泥质软土,埋深7m左右,层厚15m左右,平均压缩模量3MPa,天然地基承载力特征值80kPa。设计填土高度5.7m,地基承载力特征值为140kPa。按分层总和法估算该未经处理软土层的累计沉降达1.07m左右。为使处理后的地基承载力满足设计要求,并能有效控制沉降,采取砼心水泥搅拌桩进行处理。
根据地质资料,设计水泥土搅拌桩桩径500mm,桩深至2~3层底,桩长分别为19.5m和23.5m两种,水泥掺量14%,水灰比(质量比)0.6。心桩采用预制方桩,混凝土强度等级C30。理想状态下当桩身强度和桩周土阻力同时达到极限时,求得最优心桩边长为188mm,最优心桩长度13.2m。取心桩截面200mmX200mm,心桩长13m。按砼心桩复合地基沉降计算:沉降系数ms=1.2,砼心桩复合地基得总沉降量为30.9cm。
2、砼心桩复合地基沉降分析
为了检验砼心桩的应用效果,选取湿喷桩处理方案与之进行比较。桩长23m,桩径500mm,桩间距1.1m。按照复合地基的计算方法,算出此处湿喷桩复合地基的总沉降为40.8cm。按有限元分析。
结果反映:2种桩型沉降曲线趋势一致,砼心桩为6.4cm,湿喷桩为7.8cm；路面沉降最小值发生在路肩,砼心桩为5.1cm,湿喷桩为6.1cm。路中央到路肩沉降曲线平稳过渡,这种路面中央沉降最大,路肩沉降最小的规律,符合盆型沉降模式。在同样满足设计荷载的条件下,砼心桩复合地基的沉降小于湿喷桩复合地基。根据上述对比结果可知:砼心水泥土搅拌桩地基处理方案在技术、经济两方面均优于水泥土搅拌桩。
3、砼心水泥土搅拌桩的设计要点
(一)砼心水泥土搅拌桩可作为复合地基的增强体,用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。
(二)确定处理方案前应收集拟处理区域内详尽的工程勘察资料。尤其是填土层的厚度和组成；软土层的分布情况,地下水及pH值；土的含水量、塑性指数和有机质含量等。
(三)水泥土搅拌桩固化剂宜选用强度等级
32.5级以上的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥,水泥掺量宜取被加固湿土重量的12%~18%,水泥浆的水灰比(质量比)一般选用0.5~0.8。外加剂可根据工程需要选用。水泥土搅拌桩成桩后桩顶部分水泥土心样28d抗压强度不宜低于0.5MPa。
(四)砼心水泥土搅拌桩的设计主要是确定水泥土搅拌桩的置换率和长度、心桩的截面积和长度。水泥土搅拌桩宜穿过软土层达到承载力相对较高的土层,桩径不宜小于心桩直径(或边长)加250mm,且不应小于500mm。心桩直径(或边长)宜取200~300mm,当水泥土搅拌桩直径为500mm时,心桩直径可取200mm。
(五)心桩强度等级不应低于C25,砼保护层厚度不应小于20mm。
4、砼心水泥土搅拌桩的施工要点
(一)水泥土搅拌桩的施工及质量控制按照《建筑地基处理技术规范》JGJ79---2002水泥土搅拌桩的有关要求执行。
(二)心桩的制作、接桩及沉桩。
心桩的预制时钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊或电弧焊,且同一截面内接头数量不得超过主筋总数的50%；同一钢筋接头的间距不小于1000mm；浇筑混凝土粗骨料粒径宜小于25mm；多节心桩单节长度应满足桩架的有效高度、运输装卸能力等,一般单节长度不宜大于9m；混凝土预制桩达到设计强度的70%方可起吊,达到100%才能运输。
(三)混凝土预制桩的接桩。桩段之间采用硫磺胶泥锚接；锚筋应刷清并调直；硫磺胶泥灌注时间不得超过2min；灌注后停歇时间不得超过5min。
(四)心桩的施工要求。压桩机应根据心桩长度配足额定重量；o沉桩工序宜在水泥土桩成桩后1h内进行；为确保桩身垂直度,在沉桩前应复查压桩机的导向垂直度,并注意保持桩帽、桩身和送桩的中心线重合。心桩入土1m后应停止下沉,由专人沿2个方向核对桩身垂直度,确认桩身垂直后方可继续沉桩,心桩插入时垂直度不应超过0.5%；心桩压入施工地面以下后,用送桩器将心桩压至预定深度,心桩桩顶标高不应低于设计标高的50mm,也不应高于设计标高的100mm,心桩中心偏差不应大于50mm。
六、结束语
综上所述，砼芯水泥土搅拌桩确实是一种能够利用在软土地基处理中的经济型的施工方法，它同时具有水泥搅拌桩和预制混凝土桩的优势，因此，非常适合在软土地基中使用。
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