混凝土芯水泥土搅拌桩在绕越高速公路东北段深厚软土地基中的应用.pdf

江苏建筑 2 0 1 1年第 6期 ( 总第 1 4 5期) 9 5 混 凝 土 芯 水 泥 土 搅 拌 桩 在 绕 越 高 速 公 路 东 北 段 深 厚 软 土 地 基 中 的 应 用 来 翔 ( 南京 交通 工程 有 限公 司 ， 江苏 南京2 1 0 0 1 5 ) 摘 要1 混凝土芯水泥土搅拌桩作为一种新型的高速公路软土地基加 固方法， 承栽力远远高于相同桩径的水泥土搅拌 桩 。 其造价又比相应的钢筋混凝土桩低 ， 且没有泥浆污染 ， 应 用推广前景广阔， 有较好的经济效益和社会效益 。 结合 南京绕越 东北段 高速公路 先导段 R Y D B 3标 ， 对混凝 土芯 水泥土搅拌桩 的结构、 作 用机理和施 工方法、 质量控制 、 检 测方 法等做 简单 阐述 。 f 关 键词1 混凝土芯水泥土搅拌桩； 施工工艺； 质量控帝 】 ； 检测方法 【 中图分类号 U 4 7 1 8 【 文标识码】 B 【 文章编 - 1 0 0 5 - 6 2 7 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 - 0 0 9 5 - 0 3 App l y i n g o f CO nc r e t e c O r e d DCM Pi l e i n Thi c k So f t S o i l Fo u nd a t i o n a t No r t he a s t S e g me n t o f C i r c l e E x p r e s s Wa y ， N a n j i n g Z HU Xi a n g ( N a mi n g C o mm u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， N a mi n g J i a n g s u 2 1 0 0 1 5 C h i n a ) A b s t r a c t ：A s a n e w r e i n f o r c i n g m e t h o d o f s o f t s o i l i n e x p r e s s w a y ， C o n c r e t e - c o r e d D C M ( D e e p C e m e n t M i x i n g ) p i l e h a s p r e f e r a b l e e c o n o mi c a n d s o c i a l b e n e fi t f o r i t s b e a r i n g c a p a c i t y o u t c l a s s D C M p i l e w i t h t h e s a me d i a me t e r ， a n d i t s c o s t i s l o w e r t h a n c o r r e s p o n d i n g c o n c r e t e p i l e I t a v o i d s s l o p p o l l u t i o n a n d h a s e x t e n s i v e a p p l y i n g f o r e g r o u n d T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e s t r u c t u r e ， e f f e c t me c h a n i s m，q u a l i t y c o n t r o l ， t e s t me s u r e s o f Co n c r e t e c o r e d D C M p i l e c o n n e c t e d w i t h R Y - D B 3 b i d o f t h e N o r t h e a s t s e g me n t o f c i r c l e e x p r e s s w a y ， N a n j i n g Ke y wo r d s ： c o n c r e t e - c o r e d DC M p i l e ； c o n s t ruc t i o n t e c h n o l o g y ； q u a l i t y c o n t r o l ； d e t e c t i o n me t h o d 0前言 混凝土 芯水泥土搅 拌桩是在水 泥土搅拌 桩成桩 之后 ， 水泥土初 凝之前 ， 用 压桩 机械将 预制混凝土芯桩 ( 或 预应力 混凝土管 桩等芯桩 ) 压 入水泥土体 内 ， 待水泥土凝 固后 ， 混 凝 土芯桩与水泥土搅拌桩共 同工作 ，承受上部荷载 的一 种 复合 材料 桩。混凝土芯水泥土搅拌桩桩身 由水 泥土搅拌 桩 外壳 和小 直径预制混凝土桩 内芯两部分构成 。混凝 土芯水 泥土搅拌桩竖 向和水平承载力均远高 于相 当桩 径的水泥土 搅拌桩【 I 】 其造价 又 比相应 的钢筋混凝 土桩低 ， 且没 有泥浆 污染 ， 因而 ， 混凝土芯水泥土搅拌桩可用作新建 高速公路深 厚软土地基处理 ，特别是高速公路桥 头连 接段 和高速公路 拓宽中新老路拼接带等沉降敏感地段 的软基处 理 其应 用 推广前景广阔 ， 有较 好的经济效益和社会效益 。 混凝土芯水 泥土搅拌 桩具有施 工方便 、 造价低廉 、 单 桩承载力 高 、 沉降 小 等优点。 南京 绕越东 北段 高速 公路先 导段 R Y D B 3标 采用 混 凝 土 芯水泥 土搅 拌桩方 法加 固深 厚软 土地基 具有 明显 优 点 ： 作 为复合地 基能承受 较大 的上部 荷载 ； 施工 时间短 ， 无 需 预压 ； 能够有效减少地基 的总沉降量 ， 对 于控制路 堤的工 后沉降和解决桥头“ 跳车 ” 具 有明显效果。本文结合南京绕 越东北段高速公 路先导段 R Y D B 3标 。 对 混凝土 芯水泥土 搅拌桩 的结 构 、 作 用机理和施 工方法 、 质量控制 、 检 测方法 等做简单阐述 。为类似混凝土芯水泥土搅拌桩处理高速公 路软土地基项 目提供参考和借鉴。 l 工程概况与地质条件 南京 绕越公路 东北段位 于南 京市六合 区境 内 ，起于南 京长江第四大桥北接线与宁通高速公路相交处 ，与宁淮高 速公路相接 。采用双 向六车道高速公路标准 ，设计速度 为 1 2 0 k m h 路基全宽 3 4 5 m 路线全长 约 2 6 5 1 k m。沿线 主 要为垅 岗、 台地 、 河谷平 原构 成的地 形 、 地貌 。 地势 为北部 高 、 南部低 。据沿线地形地貌特征 ， 主要为垅岗状冲洪积倾 斜平原 、 微起伏 冲洪积倾斜平 原、 滁河河谷平原 。地层属下 扬子地层 区 ， 宁镇一 江浦地层小 区， 受 沉积间断及 构造运动 的影响 ， 区内地层发育较全 伴有火成岩侵入。大地构造单 元处于扬子褶断带内。 地表水系发育 ， 主要为河 、 渠及沟塘。 【 收稿日 2 O l 1 0 8 0 4 【 作者简介】 朱 翔 ， ( 1 9 7 7 一 ) ， 南 京 交 通 工 程 有 限 公 司 ， 工 程 师 ， 主 要 从 事 高 速 公 路 施 工 及 技 术 管 理 方 面 的 工 作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 1年第 6期 ( 总第 1 4 5期 ) 地下水 主要为孔 隙水 、 裂 隙水 、 孔隙一 裂隙水地 下水补给源 充沛 、 迳 流畅通 、 水质 良好。 混凝土芯水泥 土搅拌桩 处理软土地基段场地工程地质 条件相对 比较单一 表层主要分布 ： p ， 素填 土 ： 灰黄 色 ， 湿 ， 中密 ， 主要 成 分为 粉 质粘 土， 含树木根系。厚度 1 6 0 m， 层底标高 7 7 0 m。 p 州 ， 粘 土 ， 灰黄色 ， 湿 ， 可塑 ， 含铁 锰质结核 及其浸 染 ， 杂 蓝灰色条 纹 。厚度 1 6 0 m层 底 标高 6 1 0 m承 载力 基本 容许 值 1 2 0 k P a 。 p ， 粉质粘土， 灰色 ， 湿， 可塑。 厚度 1 5 0 m， 层 底高程 4 6 0 m， 承载力基本容许值 1 2 0 k P a 。 p ， 粉质粘 土 ， 灰色 ， 湿 ， 流塑 ， 混粉土 ， 含 云母碎 片 ， 厚度 2 8 0 m， 层底 高程 1 8 0 m， 承载力基本容许值 9 0 k P a 。Q 4 ,a ， 淤泥质粘 土 ， 灰色 ， 湿 ， 流 塑 ， 含腐殖 质和泥质结核 ， 粒径 2 c m一 3 c m， 厚度 6 8 O i n ， 层底高程一 5 0 0 m， 承载力基本 容许 值 7 0 k P a 。 ， 粘土， 灰色， 湿， 软塑， 含腐殖质， 厚度 7 2 0 m， 层底 高程一 1 2 2 0 m， 承载力基本容许值 1 1 0 k P a 。 9 ， 粉质粘 土， 灰色 ， 湿 ， 可塑 ， 土质均匀 ， 厚度 4 0 0m， 层底高程一 1 6 2 0m， 承载力基本容许值 2 6 0 k P a 。 其中 K 9 + 2 5 0 2 K 9 + 3 5 0 2 ， K 9 + 3 8 0 4 K 9 + 6 6 6 0 ， 位于小 营蒋和 中桥 。 分布有 3层 粉质粘土 、 淤泥质粘土 ， 埋深 3 m， 层厚 1 6 8 m。 承载力= 7 0 k P a 一 1 1 0 k P a 。最小重度 1 4 9 k N m 3 ， 快剪 粘 聚力 1 4 k P a 内摩 擦角 0 9 。 ， 孔 隙 比 1 3 5 0 。 含水 量 4 8 4 采 用混凝 土芯水泥 土搅 拌桩 复合 地基处理 此处 的 深厚软土层( 图 1 ) 。 ， ； 4 o “ e o ) 1 9 l帅) 茬 2 5 卯 16 钟 ) 菩 竹 C-18 ) 3 1舶 ( - 2 1 S O ) 舶 t 一 2 3) * f ) ( 吨9 ) ： 珏 l 加 一 0 1 ) 图 1 钻孔地质剖 面图 3 混凝 土芯水 泥土搅 拌桩设计 混凝土芯水泥 土搅 拌桩 复合地基承载力特征值 ，通过 现场复合地基 载荷试验 确定 或按刚性桩复合地基承载力公 式估算 ： R m ( 一 m 式中 为 复合地基承载力特征值； m为面 积置换率； A 为 桩 的水泥土外壳 截面积 ； R 。为单桩 竖 向承载力 特征值 ； 为 桩间土承载力折减系数 以 为处理后桩 间土承载力特征值 。 混凝 土芯水 泥土搅拌桩复合地基沉降采用竖 向承载搅 拌桩 复合地基沉降计算方法 将 复合地 基作 为双层地基 将 加 固区与下卧层分别考虑 ，计算加 固区土层 的压缩模 量 J s 和下 卧层 的压缩模量 s ， 然后相加 ， 即为复合地基 主固结 沉 降量 ，其 中 S 又分 为含混凝土芯 段的沉降 5 和不含 混凝 土芯的沉降 S 。： 两部分 。 S = s l + |s 2 = s l l+ Js 1 2 十 S 2 复合土层的压缩 变形 S 按复合模 量法计算 ； 桩端 以下 未 加 固土层 的 压缩 变形 s 按 建 筑地 基基 础设 计 规 范 ( G B 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 2 1 规定 计算 。 地基 的总沉 降量 S为 ： S = mS o m 。 为综合经验修正系数 ， 取 值参考文献【 3 】 ， 经验公 式如下 ： m = 0 1 2 3 7 ( ， “ H) + y 式 中： 为地基处理类 型系数 ； 为路基 中心 高度 ； 为填料 重度 ； 为填土速率修正 系数 ； y为地质 因素修正 系数 。 混凝土芯水泥土搅拌桩地 基稳 定性 可采用总应力法 和 有效应力法【 ” 。将两种计算方法得 出的安全 系数进行 比较 ， 将安全 系数 较小 的值作为稳定计算的安全系数 。 按上述 方法对绕越高 速公 路东北段 R Y 一 3标软 土地基 加 固进 行混凝土芯水泥土搅拌桩设计 ，对桥头段 、过 渡段 、过 渡段 二 、 一般路段 进行承载力 、 沉降及稳定 性进行设 计 。 设计采用梅花型布桩 ， 桩长 l 9 5 m一 2 1 5 m， 入 下部 持力 层0 5 m； 桥 头过 渡段 二桩 间距为 1 9 m， 桥 头 过渡段 一 桩 间距为 1 7 m，桥头段桩 间距为 1 5 m，一般路段桩 间距 为 1 9 m；混凝土 芯水 泥土搅拌桩桩 径 5 0 0 mm，混凝土 内芯 2 0 0 mmx 2 0 0 mm， 采用 C 3 0混凝 土 ， 内芯长 9 1 13 ， 分 4 I l l 、 5 m两节 ， 之间用硫磺胶泥锚接 。 材料选用强 度等级为 4 2 5 级 的普 通硅 酸盐水 泥 ，水 泥掺 量采 用被加 固 湿土质 量 的 1 5 水泥浆水灰 比可选用 O 5 5 。 混凝土芯桩上部覆盖 5 0 c m 的碎石垫层 ， 通过褥垫层 的调节作用及桩 的刺人作 用 ， 桩 土 共 同分担上部荷 载 ， 充分利用土 的天然 承载作 用 ， 提高 地基 承载力 和减 少沉降。 4混凝土芯水泥土搅拌桩施工 4 1 施 工 流 程 混凝 土芯水 泥土搅拌桩的主要施工设备采用新 型专用 混凝 土芯水泥土搅拌桩机 将水泥土搅拌桩机 和静 压桩机 的功能 有机地结 合在一起 ，并保证在水泥土搅拌桩施 工完 毕后 ，通过导槽 把静压装置中 的导 向架恰好移位 至水泥土 搅拌桩的 中心 。施工流程见 图 2 。 4 2 现场制作 混凝土 桩芯在工 厂预制 。 预制场地 为水泥场 地 ， 平整 、 坚实。 制桩 模板采用钢模 ， 保证平整 牢靠 ， 尺寸准确 。 连接采 用对 焊或电弧焊 。 主筋接头配置在 同一截面 的数量 ， 采用闪 光对焊 和电弧焊时 ， 对 于受 拉钢筋 ， 不超过 5 0 ； 相邻 两根 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 1 年第 6期 ( 总第 1 4 5期 ) 图 2混凝土芯水泥 土搅拌桩 施工流程图 主筋接 头 截 面 的距 离 大 于 3 5 d ( 主筋 直径 ) ，并 不 小于 5 0 0 fi l m。制 桩过程中 ， 保持桩 的表 面平 整 、 密实。当桩 的强 度大 于设计强度 的 7 0 方才起 吊， 达到 1 0 0 才运输。桩起 吊时采取 了相 应措 施 ， 保证平稳 ， 保护桩身质量。水平运输 时 ， 做 到桩 身平稳放 置 ， 无 大 的振 动 ， 并严 禁在场地 上 以直 接拖拉桩 方式 代替装车运输。 4 3 施 工 要 点 ( 1 ) 在 搅拌桩 施工完 成后 1 2 h内插 入预制方 桩 ， 采用 新 型桩机 ， 均搅拌桩施工完毕后 即可插入 预制方 桩。 ( 2 ) 桩头 、 桩 身和送桩 的中心线保 持重合 ， 垂直 度偏差 不 大 于 0 5 。 ( 3 ) 预制 桩和 搅拌 桩 的同轴 度 3 c m， 桩位 允许 偏差 1 0 0 mm 桩顶标高 的允许偏差为一 5 0 m m + 1 0 0 m m。 ( 4 ) 压同一根( 或段 ) 桩尽量缩短停顿时间 。 ( 5 ) 桩段之间采用硫磺胶泥锚接 。 5施工质量控制 为了对混凝 土芯水 泥土搅拌桩施 工质量进 行控 制 ， 采 取以下措 施 ： ( 1 ) 进行混凝土配 比试验 ， 确定混凝土强度 ； 检查 钢模 ； 预 制过程 中 ， 混 凝土振动充 分 ， 进行塌落度 试验 ， 制作混凝 土试块 ； 成 型后 每天洒水 ， 冬 天覆盖麻袋保 温 ； 达到龄期后 起吊。 ( 2 ) 设计施工图 ， 整平场地 ， 测量放样 ， 桩位放样误差不 大于 5 c m。 ( 3 ) 工程 桩施工前 ， 进 行试桩 ， 确定施 工机械 及劳动 力 组合 、 喷浆量各项技术参数等 ， 保证桩顶高程与设计要求 高 程误 差不大于 5 c m， 垂直度偏 差不超过 l ， 实际喷灰量不 小于设计喷灰量 。 成桩直径 不小于设计 直径 2 c m。 ( 4 ) 采用新 型专 利混凝土芯 搅拌桩机 确保水 泥土搅拌 桩与混凝土 内芯 同心 水泥土搅拌桩施工完毕后能够及 时 插入预制 内芯。 ( 5 ) 两节混凝土芯之 间采用硫磺胶 泥锚 接 ， 硫磺胶 泥配 合 比应通过试验确定 ； 锚筋刷 清并 调直 ， 并确定锚筋孔 内有 完好螺 纹 ， 无积水 、 杂物 和油污 ； 接桩时接 点的平面和锚 筋 孔灌满 胶泥 ； 硫磺胶 泥灌 注在 2 mi n之 内完成 ； 灌注后停歇 时 间小 于 5 ra i n ； 做到胶泥试块 每班不少于 1 组。 ( 6 ) 施工过程 中经常检查桩 位质量 ， 及 时补救 ， 随时 作 挖桩 自检 ， 开挖 深度不小 于 1 i n ， 施 工结束后 ， 施 工员在 土 建施工开挖时返 回原地检查核对桩位和观测成桩质量 。 ( 7 ) 施工结束后 ， 上缴竣工报告 ， 内含竣工 图 、 施工记 录 汇 总表及说 明等 。 6混凝 土芯水 泥土搅拌桩质 量检 测 对于混凝土芯水泥土搅拌桩成桩质量 的检测 ，可以采 取 以下 方 法 ： ( 1 ) 现场开 挖 ： 检查 桩身外观质 量 ， 该 项工作 应在桩基 完工 1 4 d后进行 。 ( 2 ) 抽芯检查 ： 预先 留 出不插芯 的水泥土搅 拌桩 ， 采用 钻探取 芯和标准 贯人试验判 断桩身 质量 。工期 2 8 d最好 。 ( 3 ) 低应 变检测 ： 采用低应变反射波法对混凝 土芯完整 性进行 检测 。 ( 4 ) 静 载荷试 验或复合地基承载力载荷试验 ： 对单桩承 载力或 复合地基 承载力进行检测 。 7结 语 混凝土芯水泥土搅拌桩作为一种较新 的处理高 速公 路 软土复合地 基方 法 ，承载力远 远高于相 同桩径 的水泥土搅 拌桩 ，其造价又 比相应 的钢筋混凝土桩低 ，且没有 泥浆污 染 ， 应用推广前景广 阔， 有较好 的经 济效益 和社会 效益 。其 设计 、施 工工艺 、检测方法在 多个高速公路软 土地基 中应 用 ， 取 得了大量丰 富的工程经验 ， 相信 其应用将越来 越多 ， 越 来越 广。 参考文献 1 】 董平， 陈征 宙 砼芯 水泥土搅拌桩理论 与应 用 M 】 南京： 南京大学 出版社。 2 0 1 0 2 G B 5 0 0 0 7 - 2 0 0 2建筑地基基础设 计规 范 S 】 北 京：中国 建 筑 工 业 出版社 2 0 o 2 【 3 】 J T G D 3 0 2 0 0 4公路 路基 设计规 范【 S 】 北京： 人 民交通 出版 社 2 0 o 4 2 0 1 2年 江苏建筑 全年订价 5 O元， 欢迎 新老读者订 阅， 咨询 电话 ： 0 2 5 8 3 2 7 8 5 6 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m