新型地基处理方法概述.docx

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新型地基处理方法概述

新型地基处理方法概述

摘要：

为了工程建设，经常需要对不良地基进行处理和加固、在地基处理和加固方面，

工程地质和岩土工程界的学者和技术人员进行了不懈的努力，在既有技术理论的基础上取得

了许多成果，积累了丰富的经验，促使新技术、新方法不断涌现。

本文针对目前出现的地基处理新方法作了全面的概括和分析，对其处理的原理、施工工艺和适用场合做了简单的介绍

为地质条件不好或软弱地基处理方法的选择提供了依据。

关键词：

地基处理，排水粉喷桩，双向水泥土搅拌桩，钉形水泥土双向搅拌桩，原理

1排水粉喷桩

粉喷桩复合地基以及竖向排水体联合加载预压虽然在处理软土地基方面有着各自的优点，但是它们各自有着一定的缺陷。

粉喷桩处理费用过高，竖向排水体处理工期过长这都是

工程实践所证明的。

怎样解决这些问题是现代岩土工程师所考虑的问题。

粉喷桩处理过程可能出现如下不良现象：

①粉喷桩在处理地基时如存在临空面时，粉喷桩施工会引起边坡失稳；②在已有构筑物附近施工，会引起地面开裂、构筑物受损等现象；③施工完后粉喷桩突然下沉等。

分析其原因认为是由于：

①粉喷桩施工时的压缩空气对周围土体施加的侧向压力；

②搅拌叶片搅拌时对周围土体施加的剪切力。

因此，考虑到粉喷桩施工过程中所产生的上述不良作用，同时结合塑料排水板具有缩短

土体排水路径、加快土体固结速度的特点，东南大学岩土工程岩土所提出了排水粉喷桩复合地基（即简称排水粉喷桩）。

该工法充分考虑了粉喷桩与竖向排水体的各自特点，把粉喷桩与竖向排水体处理技术的优点体现出来。

因为，粉喷桩施工时的喷粉压力对桩周土体产生超静

孔隙水压力，而塑料排水体的存在，对桩周土体超静孔隙水压力的消散起着积极作用。

同时,

由于塑料排水板的排水、通气作用，使粉喷桩施工时喷粉更为顺畅，特别是深部桩身质量会

比常规粉喷桩桩身质量好，而深部桩身质量较差是常规粉喷桩施工中存在的一个不争的事实。

⑴加固机理

①粉喷桩施工对桩周土体的劈裂作用

粉喷桩施工过程由于侧向喷粉压力作用，桩周土体的抗拉强度又非常小，因此在粉喷桩

施工过程中，喷粉压力会对桩周的土体产生一种劈裂作用（图1）。

排水粉喷桩由于在桩周加设了塑料排水板，致使粉喷桩施工

过程中所产生的喷粉气流在土体中的流动更为顺畅，因此，排水二

粉喷桩施工过程对桩周土体的劈裂作用更为显著。

这种劈裂作用r”.

是由气体压力所致，因此称之为气压劈裂。

气压劈裂可以理解为：

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由于气压的作用，在岩体或土体中引起裂缝的发生与扩展的一种

物理作用现象。

图i气压劈裂作用

由于劈裂作用，桩周土体的渗透系数大大增加，这是一个较难以量化的参数。

现场排水粉喷桩单桩试验中，通过对桩周土体超静孔隙水压力消散速度的测试分析，发现在劈裂作用

下，在不到2d的时间里，就可以使施工中在桩周土体中所产生的几千帕斯卡的超静孔隙水

压力消散完毕。

因此可以假设，在粉喷桩施工中，超静孔隙水压力消散、土体固结过程符合Barron的固结理论，应用Barton的径向固结度计算公式，由现场实测数据，可推算出在劈裂作用后，桩周土体径向渗透系数变化。

由于劈裂作用，使桩周土体的渗透系数增大，大大缩短了载荷作用下地基土达到一定固结度所需的时间。

②排水粉喷桩工法对桩身质量的影响

粉喷桩施工中桩身质量的好坏直接影响着复合地基承载力的高低，在常规粉喷桩施工

中，深部的桩身质量往往偏低。

相关研究表明，当搅拌深度超过一定深度后，在黏性较大的

淤泥或黏性土中，固化料喷出困难，喷搅不匀，严重影响了桩体强度。

当粉喷桩长度超过

10.0m时，粉喷桩下部没有形成一定形状的桩体，仅仅是少量的水泥与原来的地基土层拌和在一起，发生了很少的化学反应，还未达到足够的成桩强度。

究其原因，主要是因为：

在粉喷桩施工过程中，当钻头搅拌到深部后，此时喷嘴处的水压力要比浅部要大，而喷粉压力

在整个施工过程中的变化则很小，因此水泥粉就难以从钻头中喷射出来。

导致了粉喷桩在深

部施工时，喷粉压力对桩周土体的影响由于围压的增加而减小了。

在喷嘴附近，由于围压过

大，使得喷粉有可能不连续，从而使粉喷桩桩身的搅拌不均匀，成桩质量差，强度低。

在排水粉喷桩的施工过程中，由于在桩周设置了塑料排水板，在喷射过程中，会产生气

压劈裂作用（如图2）。

由于气压劈裂作用，桩周土体产生裂缝，裂缝会延伸到塑料排水板,致使粉喷桩施工过程所产生的气体压力迅速得以排放。

从而使水泥粉可以顺畅从喷嘴中喷出，使粉喷桩在搅拌过程中水泥土的搅拌更为均匀，桩身质量更好。

（2）施工工艺

排水粉喷桩工法是由竖向排水体与粉喷桩相结合的一种新型软基处理方法，其施工顺序

直接影响着复合地基的处理效果。

对于大面积软基，利用该工法进行处理，其经济性良好。

为了便于施工，竖向排水体采用塑料排水板。

所谓排水粉喷桩，就是将塑料排水板与粉喷桩

两种地基处理方法有机结合起来，形成的一种新型的软基处理方法。

粉喷桩与塑料排水板均采用梅花形布置，如图3。

在进行排水粉喷桩施工前，清理平整

场地，清除高空和地面障碍物；测量放线、测量地面平整后标高。

①砂垫层的施工

砂垫层的铺设为排水粉喷桩施工的第一步，砂沟的位置应布置在塑料排水板连线上，同

时注意以下几点：

a.用人工或挖槽设备按施工图开挖沟槽，沟槽深度和宽度严格按设计文件进行，沟槽

深度以50cm为宜，宽度为20cm；

b.铺设砂垫层，选择中粗砂作为砂垫层的原料，铺设在已开挖好的沟槽内，简单压实；

c.路基两侧开挖边沟以利塑料排水板在施工时的排水，同时防止砂垫层污染。

②塑料排水板施工

在砂沟开挖好，填上砂形成砂沟后，进行塑料排水板打设。

塑料板打设按以下几点要求与施工工序进行：

根据打设板位进行打设定位；将塑料带通过导管穿出；安装管靴；沉设导管；开机打设至设计标高；提升导管；剪断塑料排水板；检查并记录板位等打设情况；移动打设机至下一板位。

③施工过程中的注意事项

a.严格按施工图设计的位置、深度及间距进行测放。

排水板的顶部伸入砂垫层至少

30cm,使其与砂垫层沟通，保证排水畅通。

b.插板机上设有明显的进尺标记，以控制排水板的打设深度。

c.塑料排水板在打设过程中应保持排水带不扭曲，透水膜不被撕破和污染。

d.打设过程中，当塑料排水板长度不够时，不允许使用搭接延续的塑料排水板，以确保排水性能，须将不够尺寸的排水板抛弃。

e.排水板与锚销连接可靠，并且锚销与导管下端口密封要严，以免进泥。

施工中采用

h形锚销，一是防止打设过程中土层与插板直接接触，损伤排水板；二是防止泥土进入导管。

f.打设后外露的排水板不得遭污染，应及时清除排水板周围带出的泥土并用砂填实。

g.进场堆放在现场的塑料排水板应予遮盖，防止长时间暴露在阳光中造成老化。

④施工质量控制要点

a.塑料排水板施工允许偏差：

板距偏差为土15cm,竖直度偏差小于1.5%,板长要求

不小于设计长度；

b.塑料排水板透水滤套不得被撕破、划裂及污染，如发生上述现象须将破损段裁掉，以免影响排水板的有效工作性能；

c.塑料排水板搭接采用滤套内平接的方法，芯板对扣，凸凹对齐，搭接长度不小于20cm,

滤套包裹后用绑丝或针线缝接牢靠；

d.插入过程中导轨要垂直，钢套管不得弯曲。

每次施工前要检查套管中有无泥土杂物

进入，一旦发现要及时清除，防止插入及拔出过程中污染排水板或划裂滤套；

e.排水板与靴头固定架要连接牢固，防止拔出套管时发生跟带现象。

如排水板跟带大

于50cm,则应在旁边重新补打；

f.插板施工完毕后，要注意及时将板头埋入砂砾垫层中，防止机械及车辆碾压损坏外露板头。

粉喷桩的施工工艺与常规粉喷桩基本相同。

图4为排水粉喷桩施工的整个流程图，该工法施工的主要环节是施工的先后顺序，同时注意把塑料排水板连成一条排水的盲沟，这主要是以便于粉喷桩施工时水的排出。

并且，在粉喷桩施工时，注意对塑料排水板的保护。

图4排水粉喷桩施工流程

（3）适用条件

排水粉喷桩是粉喷桩与塑料排水板相结合的一种新型地基处理方法，因此它的使用也有着一定的适用条件。

常规粉喷桩由于受搅拌机械搅拌能力的限制，一般对于地基承载力大于120kPa的黏性土和粉土地基不适用，对于排水粉喷桩来说，也必须满足这一条件。

如所处理的软基有机质含量较高，也会影响着水泥与土体的水化反应，水泥土的强度也会降低，在这种情况下，只有增加水泥用量，才能达到设计要求的强度。

含水量应大于35%的各类淤泥、淤泥质

因此可见，排水粉喷桩主要适

土及冲填土等饱和黏性土地基均适合用排水粉喷桩进行加固。

用于淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的黏土、粉质黏土、粉土等软

土地基，且含水量应大于35%。

而对于土中含伊利石、氯化物和水铝英石等矿物时，加固效果较差。

土的原始抗剪强度

低于20〜30kPa时，加固效果也较差。

当粉喷桩用于泥炭土或土中有机质含量较高，pH值

小于7和地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。

另外若地下有大于10cm的石块或其他障碍物时，应先清除。

目前，国内常规粉喷桩处理软土的有效加固深度一般难以超过14m。

对排水粉喷桩的加

相比，加固的有效深度将会大大增加，预计可达到20m。

2双向水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩处理软土地基具有较多优越性的同时，在实际工程应用中也暴露出一些弊

端。

由于我国水泥土搅拌桩的成桩机械、施工工艺和施工监控系统比较落后，加上施工操作

不规范，设计理论不够完善，在工程中出现不少事故，存在许多问题，主要表现在成桩质量难以保证、处理深度偏浅等方面。

因而导致了工程界对水泥土搅拌桩处理软土地基的效果产生怀疑，许多地方对水泥土搅拌桩采取慎用、甚至限用。

对水泥土搅拌桩的加固机理及其应用现状的分析研究表明，产生问题的原因主要有以下

几个方面。

①水泥土搅拌桩桩体水泥掺入量达不到设计要求。

由于土压力、孔隙水压力、喷浆压力

的相互作用，造成水泥浆沿钻杆上行，冒出地面，形成“溢浆”，影响水泥土搅拌桩桩体中

的水泥掺入量。

②水泥浆沿桩体垂直分布不均匀。

由于水泥土搅拌桩施工过程中存在“溢浆”现象，桩

体上部水泥含量较高，越往下水泥含量越少，使水泥土搅拌桩的有效桩长和有效处理深度大大减小，同时也制约了水泥土搅拌桩的应用范围。

③搅拌不够均匀。

大量工程实例表明，大多数的施工只能控制总的水泥用量和平均掺人量，不能定量控制单位长度的水泥掺量，水泥掺入比沿桩身深度分布不均匀，存在薄弱面。

由于搅拌叶片的同向旋转，很难把水泥土充分搅拌均匀，造成水泥土中有大量成块的土团和

成块的水泥凝固体。

④由于水泥土搅拌桩施工过程中对地基土扰动，发生桩体下沉。

针对水泥土搅拌法实际

存在的上述问题，在系统研究水泥土搅拌桩的加固机理和影响水泥土搅拌桩成桩质量和桩身质量因素的基础上，国内外学者研制出双向水泥土搅拌桩施工技术。

双向水泥土搅拌桩是指在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统带动分别安装在内、外

同心钻杆上的两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌水泥土而形成的水泥土搅拌桩。

该工法对

现行水泥土搅拌桩成桩机械的动力传动系统、钻杆以及钻头进行改进，采用内、外嵌套同心

双重钻杆，在内钻杆上设置正向旋转搅拌叶片并设置喷浆口，而外钻杆上安装反向旋转搅拌

叶片，通过外钻杆上叶片反向旋转的压浆作用和正、反向旋转叶片同时双向搅拌作用，阻断

水泥浆上冒途径，把水泥浆控制在两组叶片之间，保证水泥浆在桩体中分布均匀和搅拌均匀，从而确保成桩质量。

⑴加固机理

①对桩周土体的扰动

水泥土搅拌桩施工会对桩周一定范围内的土体产生扰动，使桩周土体强度降低，在土体

中产生超静孔隙水压力，随龄期的增长，超静孔隙水压力逐渐消散，桩周土体产生固结，桩周士体强度得到一定程度的恢复。

水泥土搅拌桩施工对桩周土体的扰动可认为是由于喷浆压力和搅拌桩叶片切割土体过

上的搅拌叶片旋转方向不同，施加在桩周土体上的剪切力大小基本相同