软弱地基劲性复合桩技术及应用

软弱地基劲性复合桩技术及应用

陈晖

南京市凯盛建筑设计研究院有限责任公司江苏南京210000

摘要：采用单一地基处理方法加固较为复杂的软土地基,很难取得理想的经济技术效果。将常用的柔性散粒体桩(S)、半刚性的水泥土类桩(M)、刚性高强度桩(C)进行复合,可形成:SM,SC,MC,SMC等多种组合的复合桩型。它避免了单一桩型的缺点,而综合了各自工法、各种桩型的优点,质量可靠,刚度、强度、密度均较高且有较高的单桩承载力,同时大幅度改善了桩间软土的软弱状态和承载参与度；它可作为复合地基中的竖向增强体与砂石桩、粉喷桩形成多元复合地基,其中钢筋混凝土劲芯粉喷复合桩也可作为单桩使用,且施工方便、造价低廉,对周围环境影响小、性价比高,因而在软基加固中应有着广阔的应用前景。

关键词：软弱地基；劲性；复合桩

1导言

劲性搅拌桩综合了水泥土搅拌桩和混凝土预制桩的优点，使钢筋混凝土预制桩芯承受全部竖向荷载，然后把上部荷载传递给水泥土，再由水泥土利用较大摩阻面传递给桩周软土，从而达到提高单桩承载力的目的。从结构形式上看，劲性搅拌桩在国内属于新技术。而在国外，特别是在日本、东南亚等地，与劲性搅拌桩构造类似的钻孔植入式预应力钢筋混凝土波纹管桩和植入式肋形钢管桩已经大量使用，使用效果良好，以这两种桩为基础的新技术的开发工作也在不断进行。

2劲性搅拌桩出现的背景

随着城市建设的蓬勃发展，许多建筑物有时不得不在地质较差的场地上修建，采用天然地基通常难以满足承载力与变形的要求，为此在工程建设中往往需对软弱地基进行处理。常用的地基处理方法采用桩土复合地基或桩基础。

根据近几年的统计，天津市在多层住宅建设中，水泥土搅拌桩复合地基占地基处理总面积的50％以上，取得了比较满意的效果，但是由于水泥土搅拌桩桩身强度较低，受有效桩长的限制，对地基承载力提高有限（一般为1.5～2.0倍），通常难以满足高层建筑对承载力与变形的要求，而且受土层情况、施工设备和施工队伍素质的影响，易造成水泥土搅拌不均、桩身不连续等质量隐患。例如，对地基承载力高的土层，采用水泥土搅拌桩法进行加固，一旦施工质量达不到要求，由于搅拌桩机械对土的扰动，破坏了原土体结构，其效果反而比天然地基还差；另一方面，被加固土土质松软也易造成桩身强度不连续。使荷载不能有效传递，影响加固效果。

3复合桩的构造及特点

3.1SM桩

一般先打S桩，再在部分S桩中心施打M桩，形成SM复合桩，并与未被复合的S桩形成多元复合地基。要根据加固目的充分考虑两类桩的材料、成分、粒径、桩径、桩长、成桩方式、相对位置、成桩时间、是否插筋、复合方式、成桩效果等因素，以确保SM桩达到理想效果。

3.2SC桩

一般先打S桩，再在部分S桩中心施打C桩，形成劲芯散粒体复合桩，并可与未被复合的S桩形成多元复合地基。

如在散粒体桩中心施打振动沉管灌注桩，由于散粒体被振动挤密至桩周软土形成强度较高的散粒体护壁复合体，会有效防止软土地基中振动沉管混凝土桩的缩径现象，同时散粒体会快速消散振动沉管桩施工时软土地基中采生的超孔隙水压力，确保C桩中心不渗水、析浆，使其有较高的强度和整体性。S桩的长度可小于、等于或大于C桩。

如将散粒体用夯扩沉管方法打人土中的持力层部位(即复合桩底部，再打人C桩，可为预制管桩、方管、木桩、钢桩或现浇混凝土桩，形成现在已成为行业规范并大量应用的复合载体夯扩桩。

3.3MC桩

在已经施打好的M桩中心施打C桩，形成劲芯水泥土类复合桩可作为刚性单桩也可作为刚性桩复合地基中的竖向增强体与未被复合的M桩形成多元复合地基，如果在C桩中含有钢管、钢筋等筋材，则该复合桩具有抗剪、抗弯和抗拔作用。一定要在水泥或其他浆液未硬凝前打人C桩，并保证其同轴度和垂直度。

现在已用多种MC桩应用在工程实际中，如:在上海、天津、淮安、南通、扬州地区，将预制钢筋混凝土小桩压入湿喷桩中形成劲芯水泥土桩；在南通、盐城地区将管桩压人粉喷桩中心形成复合桩，大幅度提高了管桩的单桩承载力；在日本和上海等地将型钢插人刚施工好的湿喷桩体中形成SMW帷幕，用于基坑支护；在温州地区刚施工好的18m湿喷桩体中直接插人两根脚手架用普通钢管单桩复合地基承载力可提高70%；南通、盐城地区将振动沉管素混凝土小桩和钢筋混凝土小桩打入粉喷桩中心形成劲芯粉喷复合桩，单桩承载力不低于含外芯在内的同体积刚性桩；在天津地区将管桩压人高压喷射注浆的土体中也大幅度提高了管桩的承载力，并使管桩的压入更加容易和方便(在其他地区也常用深搅桩先行施工，再压人管桩或方桩)。

如先施打C桩，并在C桩中预设注浆管进行后期注浆加固C桩的桩端或桩侧土层，会较大地提高C桩的桩阻力和侧摩阻力。如在全国早已推广应用的钻孔桩后压浆工法，也可视为MC复合桩的一种特殊形式，在预制管桩、方桩及现浇混凝土桩中预设注浆管进行后期注浆加固。

3.4SMC桩

当土质特别软弱或沉降量要求较高时，在已经施工好的SM桩中水泥土未硬凝时打人或压人C桩，形成SMC复合桩。可作刚性单桩使用，也可与未被复合的S桩、SM桩形成多元复合地基。

如在部分SC桩的散粒体部位进行注浆，即形成SCM多元复合桩，如在夯扩载体的散粒体部位预设注浆管进行后期注浆加固或在部分砂石劲芯复合桩的砂石部位进行后期注浆加固，形成强度较高的复合桩。

总之，大量的复合桩已在或正在工程中得到广泛应用(有的成为行业规范、国家工法，有的还正在推广应用中)，并取得了显著的经济技术、环保和社会效益。

4.SMC劲性复合桩工程案例

以下着重介绍在浙江温州乐清虹桥镇——温州市大丰农业中心一期项目，成功应用劲性复合桩的试桩结果。

4.1工程概况

本工程为温州市大丰农业中心一期项目，位于乐清市虹桥镇周宅村。建设用地面积58330m2，总建筑面积142741.5m2，建筑基底面积20382.7m2，容积率2.18，建筑密度34.9%，绿地率25%。共有A、B、C三个区块组成，A区共七幢，其中25层和15层各一幢，12层两幢，框架～剪力墙结构，7层三幢，框架结构，地下室一层，面积14387m2；B区为5#车间，2～5层，框架结构；C区为仓库和车间，仓库3层，车间2层，框架结构。原设计为70米长直径1米的钻孔灌注桩，我司受乐清市大丰农业开发有限公司委托，承担了该项目桩基工程的优化设计任务。我司采用劲性复合桩，静载荷试验于2016年8月6日完成。各项指标均满足要求。

4.2场地地基土工程特性评价

根据勘察结果，地基土在勘察深度范围内可划分为12层，各土层评价如下：

①素填土，松散，未固结，不宜作为浅基持力层。

②粘土，为地表硬壳层，中～高压缩性，力学强度在浅部地层中相对较好，但厚度薄，且下卧层为极软弱土层，对本工程而言，不能作为浅基持力层。

③淤泥，高含水量、高压缩性、低抗剪性，力学强度差，不能作为基础持力层。

④粘土，中压缩性，力学强度较好，但厚度不稳定，且局部缺失，一般不作为桩端持力层。

⑤圆砾，稍密状，力学性质较好，但厚度薄，且零星分布，不能作为桩端持力层。

⑥淤泥质粘土，高压缩性，力学性质较差，不宜作为桩端持力层。

⑦粉质粘土，中压缩性，力学性质较好，仅见于Z28、Z43孔，工程意义不大。

⑧圆砾，稍密～中密状，力学强度较大，分布稳定，可作为桩端持力层。

⑧-a粘土、⑧-b粉砂均为⑧圆砾层中的夹层透镜体。⑧-a粘土，中高压缩性，零星分布，⑧圆砾作为持力层时该夹层为主要压缩层，因此桩长设计时应注意，夹层在上部时桩端应穿越粘土夹层，夹层在下部时应控制好桩端入持力层深度，一般进入一倍桩径深度即可，确保桩端以下有足够持力层厚度。⑧-b粉砂，只小高层处Z10孔出现，该夹层为桩侧摩阻层。

⑨粘土，中～高压缩性，上覆层和下卧层均有强度较大的圆砾层，因此不选择该层作为桩端持力层。

⑩圆砾，中密状，力学强度较大，分布稳定，厚度7.10～11.60m，可作为桩端持力层。

⑾粘土，中～高压缩性，埋深大，一般不选择该层作为桩端持力层。

12粉质粘土混角砾，中密状，力学强度较好，厚度大，可作为桩端持力层。

4.3劲性复合桩参数

该工程3根联体劲性复合桩试桩由四周四根φ900水泥土桩，中心一根φ900水泥土桩以及内插PHC600（130）管桩组成。水泥土桩由专用专利设备采用干湿喷搅工艺制成，喷入材料为砂、水泥、石膏、水玻璃、专利软土固化剂1-12号等。四周四根φ900水泥土桩长度20m，相互搭接150mm，桩端位于③淤泥层；中心一根φ900水泥土桩长度26m，桩端位于⑤圆砾层；内插PHC600（130）管桩长度45m，进入⑧圆砾层3m以上（⑧圆砾地基承载力特征值300kpa）。

5结论

地基处理的方法有很多，如强夯法、换土垫层法、排水固结法、化学固结法、深层搅拌法等，但随着近年出现的水泥土搅拌桩或散体桩芯复打劲性混凝土刚性桩逐步采用，其良好的加密周围土体的作用、较高的劲性芯桩竖向承载力等优点均能较好地满足沉降要求，比单独采用水泥土搅拌桩或劲性刚桩，具有更高的工程经济效益。联体劲性复合桩，将单一劲性复合桩的优点放大，尤其适合深厚软土地基中使用。实现地基处理和桩基处理一体化，施工及试验结果优异，同向对比钻孔灌注桩及单一管桩造价低，承载力高，工期短，安全性好。

参考文献：

[1]SMC劲性复合桩专利技术，专利权人：邓亚光，劲桩科技有限公司。

[2]俞其民,洪华,黄姚林,等.SMC劲性复合桩加固复杂软弱地基[C]//中国土木工程学会土力学及岩土工程学术会议.2007。

[3]葛家君,胡斌,邹科华,等.劲性复合桩地基处理技术研究与应用[J].建设科技,2014(z1):122-122。

[4]劲性复合桩技术规程[JGJ/T327-2014].中国建筑工业出版社,2014。