SMC劲性复合桩的施工方法原理和应用

SMC劲性复合桩的施工方法原理和应用

SMC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。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桩一般先打打S桩，再在在部分S桩中心施施打M桩，形成成SM复合桩，，并与未未被复合合的S桩形成多多元复合合地基。。要根据据加固目目的充分分考虑两两类桩的的材料、、成份、、粒径、、桩径、、桩长、、成桩方方式、相相对位置置及在土土中的位位置、是是否插筋筋、复合合方式以以及土质质、成桩桩效果等等因素，，以确保保SM桩达到理理想的设设计效果果。如在散粒粒体桩中中心施打打水泥土土搅拌桩桩可形成成散粒体体水泥搅搅拌复合合桩—砂石水泥泥土搅拌拌复合桩桩、钢渣渣水泥土土搅拌复复合桩、、碎砖水水泥土搅搅拌复合合桩时，，散粒体体桩的桩桩径一般般较小，，材料粒粒径也较较小。如果土层层较软采采用振动动沉管或或锤击沉沉管等方方法施打打散粒体体桩容易易缩径时时或不出出料时可可采用粉粉喷桩机机直接喷喷射干砂砂搅拌后后再进行行水泥喷喷射并搅搅拌或者者直接喷喷射水泥泥干砂混混合体并并搅拌。。如果土土层中含含水量较较低或用用于基坑坑帷幕止止水可用用深搅桩桩机喷射射水泥砂砂浆并搅搅拌，这这样形成成的水泥泥砂土复复合搅拌拌桩强度度要高于于一般水水泥土搅搅拌桩。。如在散粒粒体桩中中心或桩桩周采用用水泥注注浆或高高压旋喷喷可形成成散粒体体水泥复复合桩，，散粒体体桩的粒粒径和桩桩径可以以相应大大一些，，应考虑虑有无素素砼垫层层或承台台、地面面砼等情情况决定定是否进进行上部部封闭或或预留注注浆孔，，注浆管管可在施施工散粒粒体桩时时预留。。如用钢钢管结合合高压水水在土中中冲孔，，在孔中中填入粒粒径较小小的石子子或瓜子子片，不不再拔出出钢管并并在上部部进行封封闭注浆浆可形成成钢管劲劲芯散粒粒体水泥泥复合桩桩（可用用于基坑坑支护））。可据据不同施施工用途途或目的的在散粒粒体中心心注其它它浆液或或混合浆浆液形成成凝固速速度不同同、强度度不同的的复合桩桩。（一）、、水泥土土砂石复复合桩（（SM）1、挤密置置换作用用。一般般先施打打间距较较小、桩桩径为220-280mm，桩长达达软弱土土层底的的砂石桩桩，对软软基中较较软弱的的部位先先行挤密密加固（（砂性土土）和置置换加固固（饱和和软粘土土），提提高该部部位土体体的密度度和强度度，使该该软弱部部位的承承载力得得到初次次提高。。2、排水固固结通道道作用：：（1）施工中中的快速速排水通通道：有有了细而而密的砂砂石桩作作为排水水排气通通道后，，会有大大量软土土中的水水份在高高压气体体的作用用和螺旋旋形叶片片反转成成桩时上上部10多吨机械械自重压压力作用用下被强强制地从从砂石桩桩中排出出。2、排水固固结通道道作用：：（2）预留部部分砂石石桩构成成长期排排水固结结通道：：复合桩桩间还留留有部分分砂石桩桩作为垂垂直排水水通道与与褥垫层层中的砂砂石垫层层（水平平通道））形成排排水系统统，将会会在上部部工程施施工中及及工后长长期发挥挥作用。。3、改善桩桩身颗粒粒结构，，增强复复合桩体体密度：：在砂桩桩中心再再施打水水泥搅拌拌桩，相相当于在在水泥土土体中又又增加了了20%-30%的中粗砂砂骨料。。由于粗粗粒骨料料的比表表面积小小，吸附附能力小小强度高高，起““骨架作作用”。。使“粘粘土基质质”向““骨架结结构”转转变，改改善土粒粒结构，，增强复复合桩体体密度，，从而大大幅度提提高桩体体的强度度和刚度度。4、改善桩桩间软土土状态，，构筑复复合地基基：软土土经砂石石桩和水水泥桩综综合加固固，产生生了排水水固结、、振密、、挤密、、压密、、离子交交换（在在裂隙部部位更明明显），，水份被被水泥粉粉体吸附附等综合合作用，，会产生生含水量量降低，，密度、、强度和和压缩模模量提高高等物理理力学指指标改善善的现象象。MC桩在已经施打好好的M桩中心施打C桩，形成劲芯芯水泥土类复复合桩可作为为刚性单桩也也可作为刚性性桩复合地基基中的竖向增增强体与与未未被复合的M桩形成多元复复合地基，如如果在C桩中含有钢管管、钢筋等筋筋材，则该复复合桩具有抗抗剪、抗弯和和抗拔作用。。一定要在水水泥或其它浆浆液未硬凝前前打入C桩，并保证其其同轴度和垂垂直度。现在已用多种种MC桩应用在工程程实际中，如如：在上海、、江阴地区，，将预制小方方桩压入湿喷喷桩中形成劲劲芯水泥土桩桩，单桩承载载力高达2000KN以上；在常州州地区将管桩桩压入粉喷桩桩中心形成复复合桩，大幅幅度提高了管管桩的单桩承承载力；在日日本和上海等等地将型钢插插入刚施工好好的湿喷桩体体中形成SMW帷幕，用于基基坑支护；南南通、盐城地地区将振动沉沉管素砼小桩桩和钢筋砼小小桩打入粉喷喷桩中心形成成劲芯粉喷复复合桩，单桩桩承载力不低低于含外芯在在内的同体积积刚性桩。在天津地区将将管桩压入高高压喷射注浆浆的土体中也也大幅度提高高了管桩的承承载力，并使使管桩的压入入更加容易和和方便（在其其它地区也常常用深搅桩先先行施工，再再压入管桩或或方桩）。如先施打C桩，并在C桩中预设注浆浆管进行后期期注浆加固C桩的桩端或桩桩侧土层，会会较大的提高高C桩的桩阻力和和侧摩阻力。。如在全国早早已推广应用用的钻孔桩后后压浆工法，，也可视为MC复合桩的一种种特殊形式。。也可在预制制管桩、方桩桩及现浇砼桩桩中预设注浆浆管进行后期期注浆加固。。SMC桩在已经施工好好的SM桩中水泥土未未硬凝时打入入或压入C桩，形成SMC复合桩。可作作刚性单桩使使用，也可与与未被复合的的S桩、SM桩形成多元复复合地基。如在部分SC桩的散粒体部部位进行注浆浆，即形成SCM多元复合桩，，如在夯扩载载体的散粒体体部位预设注注浆管进行后后期注浆加固固或在部分砂砂石劲芯复合合桩的砂石部部位进行后期期注浆加固。。形成强度较较高的复合桩桩。.........在M或SM桩桩中心再打C桩，形成MC或SMC桩（4）.......................（二）、劲芯芯水泥土复合合桩（MC或SMC）在软基中施打打水泥搅拌桩桩或水泥土砂砂石复合桩，，在水泥未硬硬凝时施打素素砼振动沉管管微型桩劲芯芯（也可加钢钢筋笼或插钢钢筋、钢管形形成钢筋砼劲劲芯）。该复复合桩由水泥泥搅拌桩或水水泥土砂石复复合桩加劲芯芯两部分构成成，一般搅拌拌桩径为500-700mm，（如用湿喷喷，桩径可高高达900mm以上）一般水水泥掺入量12-15%，桩顶上部可可提高3-5%掺灰，并复搅搅。一般桩长长在10-15m左右。劲芯桩桩径为Φ220-280mm，C20-C30可为素砼或CFG，也可加入钢钢筋笼，插钢钢筋或钢管形形成钢筋砼劲劲芯。1、挤密挤扩作作用：（1）劲芯的打入入能挤密水泥泥土体，增加加水泥土体密密度，而水泥泥土体干密度度的增加可大大幅度提高水水泥土体的刚刚度和强度，，能弥补粉喷喷桩中心软芯芯和减轻湿喷喷工艺的搅拌拌不均现象。。（2）具有挤扩作作用。劲芯的的打入还会挤挤扩周围水泥泥土体和桩周周土体，使桩桩周土体的界界面粗糙紧密密，侧摩阻力力大幅度提高高（3）软弱土体中中粉喷桩先行行施工会改变变土体的软弱弱状态，水泥泥土体会在劲劲芯打入时起起到护壁作用用，素砼劲芯芯一般不会发发生“缩颈颈“现象。2、改善荷载传传递途径及深深度：水泥搅搅拌桩主要受受力范围一般般在桩顶下5-7D范围内，而复复合桩中由于于劲芯的刚度度和强度较高高，在上部荷荷载作用下，，应力会集中中在劲芯部位位，再由劲芯芯纵深传递到到其侧壁和桩桩端的水泥土土体，成倍地地增大了荷载载作用于水泥泥土体的面积积而匹配水泥泥土体产生的的较大侧摩阻阻力和桩端阻阻力。使复合合桩全长范围围内的侧阻力力和桩端阻力力充分发挥。。3、提高整体强强度、刚度：：复合桩的承承载力不低于于同体积的刚刚性桩，有钢钢筋笼或插筋筋及钢管存在在时，可用于于基坑围护和和边坡稳定工工程。.........在相互搭接的的M桩或SM桩中心再打打C桩(可插插筋、钢筋笼笼、钢管或型型钢)形成用用于基坑支护护的MC或SMC复合桩桩.......................（5）.........在砂石桩中心心再打C桩，，形成SC复复合桩（6）SC桩一般先打S桩，再在部分分S桩中心施打C桩，形成劲芯芯散粒体复合合桩，并可与与未被复合的的S桩形成多元复复合地基。如在散粒体桩桩中心施打振振动沉管灌注注桩，由于散散粒体被振动动挤密至桩周周软土形成强强度较高的散散粒体护壁复复合体，会有有效防止软土土地基中振动动沉管砼桩的的缩径现象，，同时散粒体体会快速消散散振动沉管桩桩施工时软土土地基中采生生的超孔隙水水压力保证C桩中心不渗渗水、析浆浆，保证了了复合桩中中劲芯的强强度和整体体性。S桩的长度可可短于、等等于或大于于C桩。如将散粒体体用夯扩沉沉管方法打打入土中的的持力层部部位（即复复合桩底部部），再打打入C桩，可为预预制管桩、、方管、木木桩、钢桩桩或现浇砼砼桩，形成成现在已成成为行业规规范并大量量应用的复复合载体夯夯扩桩。（三）劲芯芯砂石复合合桩（SC）先在软基中中施打振动动沉管砂石石桩，再在在砂石桩中中心施打劲劲芯桩（素素砼、钢筋筋砼劲芯或或CFG桩），形成成劲芯砂石石复合桩。。该复合桩桩由砂石构构成外芯，，一般先打打φ280mm的砂石桩（（土层特别别软弱时可可复打），，再在其中中心施打C20-C30素砼或CFG桩，也可加加入钢筋笼笼，插筋或或钢管形成成钢筋砼劲劲芯。1、砂石外芯芯的护壁作作用：在已已施工好的的砂石桩中中心复打时时填入素砼砼形成劲芯芯，砂石桩桩外芯会挤挤密桩间土土，形成较较为坚硬的的砂石土复复合孔壁，，起到较好好的护壁作作用，保证证劲芯的直直径和强度度。2、砂石外芯芯的排水作作用：砂石石桩的外芯芯可起到排排水作用，，可使施工工中产生的的超孔隙水水压力迅速速消散，不不会产生直直接施打砼砼桩，在附附近桩中出出现泛水、、泛砂、冒冒浆等现象象，保证素素砼劲芯不不出现“离离析”现象象，3、砂石桩在在起到护壁壁和排水作作用的同时时能改善劲劲芯与砂石石桩、砂石石桩与桩周周土体的边边界条件，，桩周软土土由于砂石石及劲芯施施工时的振振动、挤密密、排水固固结作用，，其密度、、强度、承承载力、压压缩模量等等物理指标标会得到较较大的提高高，反过来来提供较高高的摩阻力力。暗河浜在暗河浜部部位先打S桩，再在在部分S桩桩中心打M桩或C桩桩，形成SM或SC复合桩，，并与预留留的S桩组组成复合地地基M或C桩S桩（四）结论论4.1复合桩是一一种十分适适用于沿海海软基处理理的经济有有效的新桩桩型，它综综合了三种种类型单元元桩的优点点，能据土土质情况、、上部结构构要求、加加固目的有有针对性地地、灵活地地采取多种种组合方式式，调整各各种桩的桩桩径、桩长长、掺灰量量、强度、、颗粒级配配、搅拌和和复打次数数等，使复复合桩充分分发挥出桩桩周软土摩摩阻力和桩桩底阻力又又匹配材料料强度而产产生的足够够高的单桩桩承载力，，且能显著著提高桩间间土体强度度和对承载载的参与度度，满足不不同的设计计要求。（四）结论论4.2水泥土砂石石复合桩利利用柔性砂砂石桩对软软弱部位先先行加固，，经排水固固结、挤密密、振密作作用，再在在部分砂石石桩中心施施打粉喷桩桩时经全程程复搅使周周围砂石桩桩在大量高高压气体作作用和粉喷喷桩桩机反反转压密的的双重作用用下，会排排出大量水水份和气体体，同时软软土被劈裂裂，水泥粉粉被顺畅排排出与水泥泥、砂、石石、土体搅搅拌均匀并并被强制压压密，且在在劈裂处与与软土颗粒粒产生离子子交换作用用，快速地地改善了桩桩间土的软软弱状态。。桩身中的粗粗粒体改善善了桩体颗粒结构构，起到骨骨架作用。。复合桩体体的强度、、密度、刚刚度均得到到大幅度提提高，同时时也提高了了桩间软土土的强度和和承载力。。如能对复复杂软基中中的特别软软弱部位针针对性地加加固，避免免了开挖、、回填，再再打桩的繁繁琐工序。。也可用于于基坑支护护（与湿喷喷工法结合合）；还有有消除或减减少地基液液化、黄土土的湿陷性性和膨胀土土的胀缩性性，可在特特殊土地基基处理中发发挥作用。。由于复合合桩桩身沉沉降在施工工中迅速完完成，减少少了工后沉沉降，缩短短了地基稳稳定时间。。预留砂石石桩作为排排水通道在在工后长期期存在并构构成复合地地基。十分分适用于高高速公路的的软基处理理，如在桥桥头部位可可再在水泥泥土复合桩桩中打入素素砼劲芯，，以增强该该部位的强强度和稳定定性，减少少该部位的的沉降。粉粉喷桩与细细而密微型型散粒体桩桩相复合，，互补增强强、相得益益彰，极大大地提高了了粉喷工法法在软土地地基中的加加固效果和和应用范围围。4.3劲芯水泥土复合合桩利用大直径径的廉价水泥土土提供摩阻力和和端阻力，由劲劲芯承担和纵向向传递上部荷载载。劲芯复合桩桩可提供承载力力不低于同体积积的其它刚性桩桩，而造价仅为为其一半，在一一定范围内代替替造价高，工期期长的各种预制制，静压桩、钻钻孔桩。它还克克服了打入桩的的噪音、挤土和和钻孔桩的工期期长、泥浆排污污及静压桩的进进场费用高，场场地十分松软时时设备无法进场场施工等问题。。钢筋砼劲芯水水泥土复合桩用用于基坑支护时时，外芯起止水水帷幕作用，且且由于劲芯的打打入使外芯之间间的啮合作用加加强，抗渗抗剪剪效果显著，劲劲芯中的钢筋（（或钢管、型钢钢）主要起抗剪剪、抗弯、抗拔拔作用，其分工工明确又协调匹匹配，工期短造造价低，经济技技术效果十分明明显。4.4劲芯砂石复合桩桩利用砂石外芯芯进行排水、护护壁并有挤密、、振密桩间土的的作用，保证了了劲芯的强度和和桩身完整性，，有利于桩周土土体的固结排水水，避免了在软软土中直接施打打砼小桩出现的的“缩径现象””和“豆腐里插插筷子”的现象象，使劲芯砂石石桩多元复合地地基中的各种介介质协调匹配，，刚柔相济大幅幅度提高了整个个地基的强度和和均匀性。钢筋筋砼劲芯砂石复复合桩可作刚性性单桩使用，其其侧摩阻力会高高于在软土中直直接施打的刚性性桩2倍左右，经济技技术效果十分明明显。4.5复合桩多元复合合地基符合地基基处理规范中提提出的“了解本本地区地基处理理经验和施工条条件”，“选择择多种地基处理理措施组成的综综合处理方案””及重视保护环环境的要求。由由于它是常用成成熟工法的综合合运用，各自桩桩型均有规范规规程，符合地基基处理规范中的的“技术先进、、经济合理、确确保质量、保护护环境、因地制制宜”等要求。。4.6由柔性砂石桩（（S）、半刚性的水水泥土桩（M）和刚性的砼劲劲芯（C）可构成多种组组合方式的多元元复合地基——SM