SMC劲芯复合桩的施工方法原理和应用

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1、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SMCSMC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

2、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

3、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）. . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . SM桩桩一般先打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、成份、粒径、桩径、桩长、成桩方式、相对位置及在土中的位置、是否插筋、复合方式以及土质、成桩效果等因素，以确保SM桩达到理想的设计效果。如在散粒体桩中心施打水泥土搅拌桩可形成散粒体水泥搅拌复合桩砂石水泥土搅拌复合桩、钢渣水泥土搅拌复合桩、碎砖水泥土搅拌复合桩时，散粒体桩的桩径一般较小，材料粒径也较小。如果土层较软采用振动沉管或锤击沉管等方法施打散粒体桩容易缩径时或不出料时可采用粉喷桩机直接喷射干砂搅拌后再进行水泥喷射并搅拌或者直接喷射

5、水泥干砂混合体并搅拌。如果土层中含水量较低或用于基坑帷幕止水可用深搅桩机喷射水泥砂浆并搅拌，这样形成的水泥砂土复合搅拌桩强度要高于一般水泥土搅拌桩。如在散粒体桩中心或桩周采用水泥注浆或高压旋喷可形成散粒体水泥复合桩，散粒体桩的粒径和桩径可以相应大一些，应考虑有无素砼垫层或承台、地面砼等情况决定是否进行上部封闭或预留注浆孔，注浆管可在施工散粒体桩时预留。如用钢管结合高压水在土中冲孔，在孔中填入粒径较小的石子或瓜子片，不再拔出钢管并在上部进行封闭注浆可形成钢管劲芯散粒体水泥复合桩（可用于基坑支护）。可据不同施工用途或目的在散粒体中心注其它浆液或混合浆液形成凝固速度不同、强度不同的复合桩。（一）、水

6、泥土砂石复合桩（一）、水泥土砂石复合桩（SMSM）1、挤密置换作用。一般先施打间距较小、桩径为220-280mm，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（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

7、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桩桩在已经施打好的M

8、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。一定要在水泥或其它浆液未硬凝前打入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、江阴地区，将预制小方桩压入湿喷桩中形成劲芯水泥土桩，单桩承载力高达2000KN以上；在常州地区将管桩压入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入刚施工好的湿喷桩体中形成SMW帷幕，用于基坑支护；南通、盐城地区将振动沉管素砼小桩和钢筋砼小桩打入粉喷桩中心形成

9、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入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（在其它地区也常用深搅桩先行施工，再压入管桩或方桩）。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，会较大的提高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。也可在预制管桩、方桩及现浇砼桩中预设注浆管进行后期注浆加固。SMC桩桩在已经施工好的SM桩中水泥土未硬凝时打入或压入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

10、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。. . . . . . . . . 在M或SM桩中心再打C桩，形成MC或SMC桩（4）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （二）、劲芯水泥土复合桩（二）、劲芯水泥土复合桩（MCMC或或SMCSMC） 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

11、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

12、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

13、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砼桩的缩径现象，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保证C桩中心不渗水、析浆，保证了复合

14、桩中劲芯的强度和整体性。S桩的长度可短于、等于或大于C桩。如将散粒体用夯扩沉管方法打入土中的持力层部位（即复合桩底部），再打入C桩，可为预制管桩、方管、木桩、钢桩或现浇砼桩，形成现在已成为行业规范并大量应用的复合载体夯扩桩。（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

15、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，

16、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，且能显著提高桩间土体强度和对承载的参与度，满足不同的设计要求。 （四）结论（四）结论4.2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

17、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。l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

18、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。l4.3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

19、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。l4.4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

20、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。l4.5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。l4.6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

21、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。l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

22、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。l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。