SMC劲芯复合桩的施工方法原理和应用.ppt

SMC复合桩的施工复合桩的施工方法原理和应用方法原理和应用SMC三元复合桩示意图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。“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。“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。l粉喷桩机和微型振动沉管桩机.在软弱土层部位先打砂石桩（S）（1）步骤二步骤一.在部分砂石桩中心打水泥土搅拌桩（2）.在砂石桩中心打水泥搅拌桩，形成SM复合桩（3）.SM桩桩一一般般先先打打S S桩桩，再再在在部部分分S S桩桩中中心心施施打打M M桩桩，形形成成SMSM复复合合桩桩，并并与与未未被被复复合合的的S S桩桩形形成成多多元元复复合合地地基基。要要根根据据加加固固目目的的充充分分考考虑虑两两类类桩桩的的材材料料、成成份份、粒粒径径、桩桩径径、桩桩长长、成成桩桩方方式式、相相对对位位置置及及在在土土中中的的位位置置、是是否否插插筋筋、复复合合方方式式以以及及土土质质、成成桩桩效效果果等等因因素素，以以确确保保SMSM桩桩达达到到理理想想的的设设计计效效果。果。如如在在散散粒粒体体桩桩中中心心施施打打水水泥泥土土搅搅拌拌桩桩可可形形成成散散粒粒体体水水泥泥搅搅拌拌复复合合桩桩砂砂石石水水泥泥土土搅搅拌拌复复合合桩桩、钢钢渣渣水水泥泥土土搅搅拌拌复复合合桩桩、碎碎砖砖水水泥泥土土搅搅拌拌复复合合桩桩时时，散粒体桩的桩径一般较小，材料粒径也较小散粒体桩的桩径一般较小，材料粒径也较小。如如果果土土层层较较软软采采用用振振动动沉沉管管或或锤锤击击沉沉管管等等方方法法施施打打散散粒粒体体桩桩容容易易缩缩径径时时或或不不出出料料时时可可采采用用粉粉喷喷桩桩机机直直接接喷喷射射干干砂砂搅搅拌拌后后再再进进行行水水泥泥喷喷射射并并搅搅拌拌或或者者直直接接喷喷射射水水泥泥干干砂砂混混合合体体并并搅搅拌拌。如如果果土土层层中中含含水水量量较较低低或或用用于于基基坑坑帷帷幕幕止止水水可可用用深深搅搅桩桩机机喷喷射射水水泥泥砂砂浆浆并并搅搅拌拌，这这样样形形成成的的水水泥泥砂砂土土复复合合搅搅拌拌桩桩强强度度要要高高于于一般水泥土搅拌桩。一般水泥土搅拌桩。如如在在散散粒粒体体桩桩中中心心或或桩桩周周采采用用水水泥泥注注浆浆或或高高压压旋旋喷喷可可形形成成散散粒粒体体水水泥泥复复合合桩桩，散散粒粒体体桩桩的的粒粒径径和和桩桩径径可可以以相相应应大大一一些些，应应考考虑虑有有无无素素砼砼垫垫层层或或承承台台、地地面面砼砼等等情情况况决决定定是是否否进进行行上上部部封封闭闭或或预预留留注注浆浆孔孔，注注浆浆管管可可在在施施工工散散粒粒体体桩桩时时预预留留。如如用用钢钢管管结结合合高高压压水水在在土土中中冲冲孔孔，在在孔孔中中填填入入粒粒径径较较小小的的石石子子或或瓜瓜子子片片，不不再再拔拔出出钢钢管管并并在在上上部部进进行行封封闭闭注注浆浆可可形形成成钢钢管管劲劲芯芯散散粒粒体体水水泥泥复复合合桩桩（可可用用于于基基坑坑支支护护）。可可据据不不同同施施工工用用途途或或目目的的在在散散粒粒体体中中心心注注其其它它浆浆液液或混合浆液形成凝固速度不同、强度不同的复合桩。或混合浆液形成凝固速度不同、强度不同的复合桩。（一）、水泥土砂石复合桩（一）、水泥土砂石复合桩（SMSM）1 1、挤密置换作用。一般先施打间距较小、挤密置换作用。一般先施打间距较小、桩径为桩径为220-280mm220-280mm，桩长达软弱土层底的砂，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（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。的承载力得到初次提高。2、排水固结通道作用：（1）施工中的快速排水通道：有了细而密的砂石桩作为排水排气通道后，会有大量软土中的水份在高压气体的作用和螺旋形叶片反转成桩时上部10多吨机械自重压力作用下被强制地从砂石桩中排出。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。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。MCMC桩桩在在已已经经施施打打好好的的M M桩桩中中心心施施打打C C桩桩，形形成成劲劲芯芯水水泥泥土土类类复复合合桩桩可可作作为为刚刚性性单单桩桩也也可可作作为为刚刚性性桩桩复复合合地地基基中中的的竖竖向向增增强强体体与与与与未未被被复复合合的的M M桩桩形形成成多多元元复复合合地地基基，如如果果在在C C桩桩中中含含有有钢钢管管、钢钢筋筋等等筋筋材材，则则该该复复合合桩桩具具有有抗抗剪剪、抗抗弯弯和和抗抗拔拔作作用用。一一定定要要在在水水泥泥或或其其它它浆浆液液未未硬硬凝凝前前打打入入C C桩桩，并并保保证证其其同同轴度和垂直度。轴度和垂直度。现现在在已已用用多多种种MCMC桩桩应应用用在在工工程程实实际际中中，如如：在在上上海海、江江阴阴地地区区，将将预预制制小小方方桩桩压压入入湿湿喷喷桩桩中中形形成成劲劲芯芯水水泥泥土土桩桩，单单桩桩承承载载力力高高达达2000KN2000KN以以上上；在在常常州州地地区区将将管管桩桩压压入入粉粉喷喷桩桩中中心心形形成成复复合合桩桩，大大幅幅度度提提高高了了管管桩桩的的单单桩桩承承载载力力；在在日日本本和和上上海海等等地地将将型型钢钢插插入入刚刚施施工工好好的的湿湿喷喷桩桩体体中中形形成成SMWSMW帷帷幕幕，用用于于基基坑坑支支护护；南南通通、盐盐城城地地区区将将振振动动沉沉管管素素砼砼小小桩桩和和钢钢筋筋砼砼小小桩桩打打入入粉粉喷喷桩桩中中心心形形成成劲劲芯芯粉粉喷喷复复合合桩桩，单单桩桩承承载载力力不不低低于于含含外外芯芯在在内内的的同同体体积积刚性桩。刚性桩。在在天天津津地地区区将将管管桩桩压压入入高高压压喷喷射射注注浆浆的的土土体体中中也也大大幅幅度度提提高高了了管管桩桩的的承承载载力力，并并使使管管桩桩的的压压入入更更加加容容易易和和方方便便（在在其其它它地地区区也也常常用用深深搅搅桩桩先先行行施施工工，再再压入管桩或方桩）。压入管桩或方桩）。如如先先施施打打C C桩桩，并并在在C C桩桩中中预预设设注注浆浆管管进进行行后后期期注注浆浆加加固固C C桩桩的的桩桩端端或或桩桩侧侧土土层层，会会较较大大的的提提高高C C桩桩的的桩桩阻阻力力和和侧侧摩摩阻阻力力。如如在在全全国国早早已已推推广广应应用用的的钻钻孔孔桩桩后后压压浆浆工工法法，也也可可视视为为MCMC复复合合桩桩的的一一种种特特殊殊形形式式。也也可可在在预预制制管管桩桩、方方桩桩及及现现浇浇砼砼桩桩中中预预设设注注浆浆管管进进行后期注浆加固。行后期注浆加固。SMC桩桩在在已已经经施施工工好好的的SMSM桩桩中中水水泥泥土土未未硬硬凝凝时时打打入入或或压压入入C C桩桩，形形成成SMCSMC复复合合桩桩。可可作作刚刚性性单单桩桩使使用用，也可与未被复合的也可与未被复合的S S桩、桩、SMSM桩形成多元复合地基。桩形成多元复合地基。如如在在部部分分SCSC桩桩的的散散粒粒体体部部位位进进行行注注浆浆，即即形形成成SCMSCM多多元元复复合合桩桩，如如在在夯夯扩扩载载体体的的散散粒粒体体部部位位预预设设注注浆浆管管进进行行后后期期注注浆浆加加固固或或在在部部分分砂砂石石劲劲芯芯复复合合桩桩的的砂砂石石部部位位进进行行后后期期注注浆浆加加固固。形形成成强强度较高的复合桩。度较高的复合桩。.在M或SM桩中心再打C桩，形成MC或SMC桩（4）.（二）、（二）、劲芯水泥土复合芯水泥土复合桩（MC或或SMC）在软基中施打水泥搅拌桩或水泥土砂石复合桩，在水泥未硬凝时施打素砼振动沉管微型桩劲芯（也可加钢筋笼或插钢筋、钢管形成钢筋砼劲芯）。该复合桩由水泥搅拌桩或水泥土砂石复合桩加劲芯两部分构成，一般搅拌桩径为500-700mm，（如用湿喷，桩径可高达900mm以上）一般水泥掺入量12-15%，桩顶上部可提高3-5%掺灰，并复搅。一般桩长在10-15m左右。劲芯桩径为220-280mm，C20-C30可为素砼或CFG，也可加入钢筋笼，插钢筋或钢管形成钢筋砼劲芯。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。2、改善荷载传递途径及深度：水泥搅拌桩主要受力范围一般在桩顶下5-7D范围内，而复合桩中由于劲芯的刚度和强度较高，在上部荷载作用下，应力会集中在劲芯部位，再由劲芯纵深传递到其侧壁和桩端的水泥土体，成倍地增大了荷载作用于水泥土体的面积而匹配水泥土体产生的较大侧摩阻力和桩端阻力。使复合桩全长范围内的侧阻力和桩端阻力充分发挥。3、提高整体强度、刚度：复合桩的承载力不低于同体积的刚性桩，有钢筋笼或插筋及钢管存在时，可用于基坑围护和边坡稳定工程。.在相互搭接的M桩或SM桩中心再打C桩(可插筋、钢筋笼、钢管或型钢)形成用于基坑支护的MC或SMC复合桩 .（5）.在砂石桩中心再打C桩，形成SC复合桩 （6）SC桩桩一一般般先先打打S桩桩，再再在在部部分分S桩桩中中心心施施打打C桩桩，形形成成劲劲芯芯散散粒粒体体复复合合桩桩，并并可可与与未未被被复复合合的的S桩桩形形成多元复合地基。成多元复合地基。如如在在散散粒粒体体桩桩中中心心施施打打振振动动沉沉管管灌灌注注桩桩，由由于于散散粒粒体体被被振振动动挤挤密密至至桩桩周周软软土土形形成成强强度度较较高高的的散散粒粒体体护护壁壁复复合合体体，会会有有效效防防止止软软土土地地基基中中振振动动沉沉管管砼砼桩桩的的缩缩径径现现象象，同同时时散散粒粒体体会会快快速速消消散散振振动动沉沉管管桩桩施施工工时时软软土土地地基基中中采采生生的的超超孔孔隙隙水水压压力力保保证证C桩桩中中心心不不渗渗水水、析析浆浆，保保证证了了复复合合桩桩中中劲劲芯芯的的强强度度和和整整体体性性。S桩桩的的长长度可短于、等于或大于度可短于、等于或大于C桩。桩。如如将将散散粒粒体体用用夯夯扩扩沉沉管管方方法法打打入入土土中中的的持持力力层层部部位位（即即复复合合桩桩底底部部），再再打打入入C C桩桩，可可为为预预制制管管桩桩、方方管管、木木桩桩、钢钢桩桩或或现现浇浇砼砼桩桩，形形成成现现在在已已成成为为行行业业规规范范并并大大量量应应用用的的复复合合载体夯扩桩。载体夯扩桩。（三）劲芯砂石复合桩（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280mm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。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，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。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 （7）M或C桩S桩（四）结论（四）结论4.1复合桩是一种十分适用于沿海软基处复合桩是一种十分适用于沿海软基处理的经济有效的新桩型，它综合了三种类理的经济有效的新桩型，它综合了三种类型单元桩的优点，能据土质情况、上部结型单元桩的优点，能据土质情况、上部结构要求、加固目的有针对性地、灵活地采构要求、加固目的有针对性地、灵活地采取多种组合方式，调整各种桩的桩径、桩取多种组合方式，调整各种桩的桩径、桩长、掺灰量、强度、颗粒级配、搅拌和复长、掺灰量、强度、颗粒级配、搅拌和复打次数等，使复合桩充分发挥出桩周软土打次数等，使复合桩充分发挥出桩周软土摩阻力和桩底阻力又匹配材料强度而产生摩阻力和桩底阻力又匹配材料强度而产生的足够高的单桩承载力，且能显著提高桩的足够高的单桩承载力，且能显著提高桩间土体强度和对承载的参与度，满足不同间土体强度和对承载的参与度，满足不同的设计要求。的设计要求。（四）结论（四）结论4.24.2水泥土砂石复合桩利用柔性砂石桩对软弱部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、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。土的软弱状态。n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。n4.3劲芯水泥土复合桩利用大直径的廉价水泥土提供摩阻力和端阻力，由劲芯承担和纵向传递上部荷载。劲芯复合桩可提供承载力不低于同体积的其它刚性桩，而造价仅为其一半，在一定范围内代替造价高，工期长的各种预制，静压桩、钻孔桩。它还克服了打入桩的噪音、挤土和钻孔桩的工期长、泥浆排污及静压桩的进场费用高，场地十分松软时设备无法进场施工等问题。钢筋砼劲芯水泥土复合桩用于基坑支护时，外芯起止水帷幕作用，且由于劲芯的打入使外芯之间的啮合作用加强，抗渗抗剪效果显著，劲芯中的钢筋（或钢管、型钢）主要起抗剪、抗弯、抗拔作用，其分工明确又协调匹配，工期短造价低，经济技术效果十分明显。n4.4劲芯砂石复合桩利用砂石外芯进行排水、护壁并有挤密、振密桩间土的作用，保证了劲芯的强度和桩身完整性，有利于桩周土体的固结排水，避免了在软土中直接施打砼小桩出现的“缩径现象”和“豆腐里插筷子”的现象，使劲芯砂石桩多元复合地基中的各种介质协调匹配，刚柔相济大幅度提高了整个地基的强度和均匀性。钢筋砼劲芯砂石复合桩可作刚性单桩使用，其侧摩阻力会高于在软土中直接施打的刚性桩2倍左右，经济技术效果十分明显。n4.5复合桩多元复合地基符合地基处理规范中提出的“了解本地区地基处理经验和施工条件”，“选择多种地基处理措施组成的综合处理方案”及重视保护环境的要求。由于它是常用成熟工法的综合运用，各自桩型均有规范规程，符合地基处理规范中的“技术先进、经济合理、确保质量、保护环境、因地制宜”等要求。n4.6由柔性砂石桩（S）、半刚性的水泥土桩（M）和刚性的砼劲芯（C）可构成多种组合方式的多元复合地基SM、SC、MC、SMC，其中MC即是目前大量推广运用的“CM高强复合地基”和“长短桩”复合地基。在软基或复杂地基的软弱土层中打入具有排水固结作用的砂石桩，再与M、C桩组合成复合地基，经济技术效果会更明显。而在前一工法形成的桩中心施打另一种桩型又形成多种组合方式的复合桩SM、SC、MC、SMC，复合桩可成为复合地基中的竖向增强体，并与未被复合的S、M、C形成多元复合地基，也可加入筋材而成为具有抗剪、抗弯、抗拔作用的复合桩，用于基坑帷幕和支护工程。n在软基或复杂地基的软弱土层中先期打入“短而密”的砂石桩使软土排水固结且被振密、挤密，其中部分砂石桩再与半刚性的水泥土桩（造价低廉、体积较大，能提供较大的侧摩阻力）复合，或与劲芯复合形成多种复合桩并与剩下的部分砂石桩及砂石褥垫层形成多元复合桩复合地基（针对软弱部位采取加强措施，使之达到与较好土层相同或相近的强度）。多种介质协调匹配，刚柔相济，相互补强，共同提高。综合作用十分显著：集置换、竖向增强、排水排气、固结、胶结、压密、充填、振密、挤密等于一体。能有效地提高软基强度及稳定性，快速降低地基压缩性，并保证整个地基的均匀性。n总之，复合桩是一种应用于沿海、沿江及其他软土地区的经济实用的新桩型。它综合了砂石桩、水泥搅拌桩和砼灌注桩的优点。桩身造价低廉、强度较高、质量可靠，可用于交通、建筑、水电等领域。十分希望得到广大科研、设计、施工单位的有关专家、学者、同仁给予关心、扶持，对其作用机理、计算方法、适用范围作进一步的研究，并竭诚欢迎您加盟专利实施许可，互利互惠、共同推广应用这项有着明显经济技术效果和广阔应用前景的专利技术。