CN101634143A - 含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法 - Google Patents

Abstract

一种在含饱和软弱粘土地层采用螺旋挤土灌注桩的复合地基施工方法，步骤包括：确定螺旋挤土灌注桩的结构尺寸、位置和数量；首先在每两根相邻的螺旋挤土灌注桩设计位置的中间部位施做竖向排水井；在施做完成的每两个排竖向排水井之间的中部，按照设计位置施做每根所述螺旋挤土灌注桩；然后在地基表面铺设排水垫层。其目的在于提供一种避免螺旋挤土灌注桩负面挤土效应，增加桩周饱和粘土的排水速率，提高桩周及桩下土体强度，大幅度减少工后沉降；提高螺旋挤土灌注桩的有效性和使用范围，加大桩间距、减少桩数、节省工程投资、加快施工进度的在饱和软弱粘土地层采用螺旋挤土灌注桩的地基处理方法。

Description

含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法

技术领域

本发明属于岩土工程地基处理技术领域，涉及一种用于加固软土地基的方法，特别是涉及一种在含软弱粘性土地层中采用螺旋挤土灌注桩复合地基的处理方法。

背景技术

在我国广泛存在着海相、湖相及河相沉积的软弱粘土地层，这种地层的特征是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差，在建、构筑物荷载作用下会产生很大沉降。在这种地基上进行大面积施工，如建造楼宇、路基、码头、料场、机场时，需要对地基进行处理与加固。在土木建筑工程中，对软弱地基进行处理与加固的方法有置换法、排水预压法、压实与夯实法、粉喷桩法、搅拌桩法、碎石桩法、挤土桩法、挤密法、加筋法及灌浆法等，根据地基土质及工程需要，常选用其中一种或是几种方法的结合，完成对地基的处理，其中有代表性的有以下几个授权专利或申请专利。

中国发明专利ZL03152854.6提出了一种《排水粉喷桩复合地基操作方法》的软弱地基加固方法，该方法通过在两根粉喷桩中间布置排水板，利用排水板的排水作用消除粉喷桩施工时的压缩空气对周围土体施加的侧向压力，发挥排水板与粉喷桩各自的优势，起到加固软土地基的目的。但是该施工方法中粉喷桩施工存在加固地层浅(一般小于15m)，在施工过程中需要根据地层变化条件不断调整配合比和工艺，导致施工质量不易控制，且粉喷桩存在桩身均匀性差、强度低、承载力低等问题。

公开号为CN1121973A的中国发明专利申请公开说明书公开了一种《挤密碎石桩与混凝土灌注桩的双重复合地基及其施工方法》的软弱地基处理方法，该申请发明专利为一种挤密碎石桩与混凝土灌注桩的双重复合地基，它包括挤密碎石桩、混凝土灌注桩和褥垫层，施工时，两类桩按照相互错开的方格网状布桩，且桩顶和桩间铺设褥垫层。但该施工方法中的混凝土灌注桩属于排土灌注桩，在施工过程中需要把桩孔中的土体运出施工场地，会增加工程费用，并存在环境污染问题。

公开号为CN101024951A的中国发明专利申请公开说明书公开了《一种地基处理方法》用以处理深厚软土地基，该方法首先在加固区地基中施工竖向增强体，然后在两根竖向增强体之间施工排水竖井；竖向增强体包括搅拌桩、CFG桩、混凝土桩、疏桩、微型桩、石灰桩、灰土桩、长短桩、带帽桩、扩大头桩、变截面桩、或组合桩，排水竖井为普通砂井、袋装砂井或塑料排水板。该地基处理方法与ZL03152854.6和CN1121973A所提出的技术方案类似，只是在桩材和桩型方面做了一些拓展。在上述三个专利或专利申请书中均未提及具有不同特性和施工方法的螺旋挤土灌注桩。

自上世纪末，随着环保要求的提高和降低成本的需要，螺旋挤土灌注桩技术在国外得到了广泛的关注，并大量应用于交通工程、工业与民用建筑工程领域。其涉及到的地层包括淤泥质粘土、粘性土、粉土、黄土、砂土、强风化土等。中国专利ZL200720103635.X公开了一种《双向螺旋封闭挤扩钻头》，利用该双向螺旋封闭挤扩钻头，可将桩孔中的土体完全挤入桩周土体，再向挤扩后的桩孔中压灌混凝土，最终可形成圆柱形的挤土灌注桩。利用该钻头施工的螺旋挤土灌注桩属于完全挤土型桩。在同样地层、同样桩径和同样桩长条件下，与钻孔桩、冲孔桩、旋挖桩或CFG桩等常用的非挤土工程桩型相比，采用双向螺旋封闭挤扩钻头完成的螺旋挤土灌注桩具有承载力高、沉降量小、质量可控、成本低、环保等优点。

由于螺旋挤土灌注桩属于完全挤土型桩，在饱和软弱粘土地层成桩过程中，其侧向挤土效应引发的侧向挤压力，会使桩周孔隙水压力陡然增加，因此，在软弱粘土地层的施工过程中可能会出现下列问题：

(1)在已有建、构筑物附近施工时，可能会引起地面开裂，建、构筑物受损；

(2)当桩间距较小时，螺旋挤土灌注桩施工产生的负面挤土效应会导致已经施工完毕的工程桩偏移及倾斜，甚至出现上浮和断桩现象。上述技术问题限制了螺旋挤土灌注桩在饱和软弱粘土地层区域的工程应用，因此，需要寻找一种有效的地基处理方法，扩大螺旋挤土灌注桩在软弱粘土地层中的适用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增加螺旋挤土灌注桩桩周粘性土的排水速率，提高桩周及桩下土体的强度，大幅度减少工后沉降和工后沉降差，提高螺旋挤土灌注桩的有效性和使用范围，较大幅度地加大螺旋挤土灌注桩间距、减少螺旋挤土灌注桩桩数、节省工程投资、加快施工进度的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法。

本发明的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，包括以下步骤：

A)根据工程情况及地层条件，确定螺旋挤土灌注桩复合地基方案，包括螺旋挤土灌注桩的桩径、桩长、桩间距及桩位布置方案；

B)在所述的每两根相邻螺旋挤土灌注桩桩位的中间部位布置竖向排水井，竖向排水井的深度根据工程地质条件确定；

C)在施做完成的所述两个相邻竖向排水井的中间部位，按照设计的桩位施做每根所述螺旋挤土灌注桩；

D)在全部或部分完成了竖向排水井和螺旋挤土灌注桩的地基表面铺设排水垫层，排水垫层将所述竖向排水井连通，组成排水系统。

本发明含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其中所述步骤B)中的竖向排水井为砂井、袋装砂井或排水板，所述步骤D)中的所述排水垫层为砂石垫层，排水垫层的厚度为200-600mm，排水垫层的周边设有排水沟。

本发明含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其中所述竖向排水井的深度可以大于、等于或小于所述螺旋挤土灌注桩的深度，所述排水垫层的砂石中可以设有土工织物、土工格栅或土工格室。

本发明含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其中所述排水板的上部伸入排水垫层中的高度为150-200mm。

本发明含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其中所述螺旋挤土灌注桩和所述竖向排水井为方格网或梅花状布置。

本发明含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其中所述螺旋挤土灌注桩为素混凝土桩、水泥土桩、水泥碎石桩、水泥砂石桩、水泥粉煤灰砂石桩或钢筋混凝土桩。

本发明含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，把排水固结方法和螺旋挤土灌注桩工法，即地基处理技术与特种桩基这两种独立的施工技术有机结合起来，化不利因素为有利因素，充分发挥两种技术各自的优点，形成一种新的适用于含饱和软弱粘性土地层的复合地基处理方法。本发明的方法具有下述优点：

1、利用竖向排水系统以及施工螺旋挤土灌注桩所产生的侧向挤密效应和侧向压力，增加桩周粘性土的排水速率，加速桩周和下卧层土体的固结，快速提高桩周及桩下土体的强度，大幅度减少工后沉降和工后沉降差。

2、由于竖向排水体提供了良好的排水通道，缩短了排水路径，使螺旋挤土灌注桩施工引起的孔隙水压力得到快速有效的消散，减少了螺旋挤土灌注桩挤土效应所引起的挤压位移、地表隆起和地面开裂，从而提高了螺旋挤土灌注桩的有效性和使用范围。

3、采用竖向排水体与螺旋挤土灌注桩组合的施工方法可以较大幅度地加大螺旋挤土灌注桩间距、减少螺旋挤土灌注桩桩数、节省工程投资、加快施工进度。

下面结合附图及实施例详述本发明。

附图说明

图1为本发明的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法应用于深厚饱和软粘土地层的剖面示意图；

图2为本发明的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法应用于上层为饱和软粘土层，下层为透水砂土层的剖面示意图；

图3为本发明的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法的螺旋挤土灌注桩和排水板的一种实施方式的平面布置图；

图4为本发明的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法的螺旋挤土灌注桩和排水砂井的一种实施方式的平面布置图。

具体实施方式

实施例1

本发明的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，包括以下步骤：

A)根据工程情况及地层条件，确定螺旋挤土灌注桩复合地基方案，包括螺旋挤土灌注桩的桩径、桩长、桩间距及桩位布置方案；

B)在设计的每两根相邻螺旋挤土灌注桩桩位的中间部位布置并施做一个竖向排水井，竖向排水井可以为砂井、袋装砂井或排水板，如果采用排水板，排水板的上部伸入排水垫层中的高度为150-200mm，排水井的深度根据地层条件确定；

上述砂井和袋装砂井可以用沉管法或钻孔法施做成孔，然后向孔内填砂或砂袋，形成普通砂井或袋装砂井。如采用塑料排水板，可以使用排水板专用打设机械，直接将排水板打入地下至设计深度。

C)在施做完成的每两个相邻竖向排水井的中间部位，按照设计桩位施做每根螺旋挤土灌注桩；螺旋挤土灌注桩可以为素混凝土桩、水泥土桩、水泥碎石桩、水泥砂石桩、水泥粉煤灰桩或钢筋混凝土桩。

D)在完成或部分完成竖向排水井和螺旋挤土灌注桩的地基表面铺设排水垫层，排水垫层为砂石垫层，排水垫层的砂石中可以设有土工织物、土工格栅或土工格室，排水垫层的厚度为200mm或250mm或300mm或350mm或400mm或500mm或600mm，或者为200-600mm之间的其它数值，排水垫层的周边设有排水沟。排水垫层将竖向排水井连通，组成排水系统。

上述竖向排水井2的深度可以如图1所示大于螺旋挤土灌注桩1的深度。也可如图2所示，螺旋挤土灌注桩1a和竖向排水井2a的下部均向下伸入砂土层，且螺旋挤土灌注桩1a的深度大于竖向排水井2a的深度。

上述螺旋挤土灌注桩1b、1c和竖向排水井2b、2c可以采用如图3和图4所示的方格网或梅花状布置。

实施例2

工程概况

某港口集装箱堆场复合地基处理工程，其地层条件为湖相沉积地层，主要由深厚湖相粘土构成，含淤泥质土，该土层厚度大，软弱疏松，属于饱和软粘土，具有以下特点：

(1)天然含水量高、孔隙比大，含水量在39％～72％之间，孔隙比在1.4～1.9之间；

(2)透水性差，大部分软粘土的渗透系数为1×10^-5～1×10^-7cm/s；

(3)压缩性高，压缩系数为0.5～2.0MPa^-1，属高压缩性土；

(4)抗剪强度低，地基土快剪试验的粘聚力在10kPa左右，内摩擦角在5°～9°之间。

设计施工方案

为解决集装箱堆场使用过程中的过量沉降、不均匀沉降以及整体失稳等问题，采用了排水板与螺旋挤土灌注桩相结合的软土复合地基处理方法。螺旋挤土灌注桩直径400mm，桩间距1.8米，桩长15米，在每两根螺旋挤土灌注桩的中部区域布置竖向塑料排水板；排水板间距1.8米，打设深度18米。螺旋挤土灌注桩1b和竖向排水板2b采用图3所示的布置方式，即螺旋挤土灌注桩和竖向排水板分别呈方格网布置。

施工步骤如下：

(1)测量放线，确定螺旋挤土灌注桩1b的位置，并确定塑料排水板2b的位置；

(2)打设两排竖向排水板2b后，依据图3在竖向排水板2b的中间位置施工螺旋挤土灌注桩1b，并如此交互进行竖向排水板2b和螺旋挤土灌注桩1b的施工；

(3)在螺旋挤土灌注桩1b和竖向排水板2b施工完成后，在被加固区表面铺设厚度为40cm的碎石排水垫层，并让竖向塑料排水板2b向上伸入排水垫层20厘米；

(4)在排水垫层四周设置排水沟，竖向排水板、排水沟与排水垫层共同组成排水系统。

(5)逐步分期施加集装箱堆载，直至达到设计地面最高荷载。

实施例3

工程概况

某高速公路，路基基底宽度为50米，设计路堤高度为5米，该路段地基土组成为：

第一层，耕植土层，厚1.5米，松散，含植物根系；

第二层，淤泥质粘土层厚11米，饱和、软塑-流塑，富含有机质，局部夹粉砂，含水量高、透水性低、孔隙比大、压缩性高、强度低，是地基加固的主要对象；

第三层，粉质砂土和细砂交互层，厚17.5米，该层砂土中密、渗透性较好，渗透系数为10^-3-10^-4cm/s；

设计施工方案

设计采用袋装砂井与螺旋挤土灌注桩相结合的复合地基处理方法。螺旋挤土灌注桩直径500mm，桩长16米；间距2.5米，呈梅花状布置；在各排螺旋挤土灌注桩的中间区域布置直径80mm袋装砂井(如图4所示)，砂井间距2.5米，井深13米，其底部插入砂层0.5米，作为垂直排水通道；地表铺设厚度为35cm的粗砂垫层，作为水平排水通道。螺旋挤土灌注桩1c及袋装砂井2c的布置如图4所示，即螺旋挤土灌注桩1c和竖向排水井2c分别梅花状布置。

施工步骤如下：

(1)测量放线，确定螺旋挤土灌注桩的位置，并确定袋装砂井的位置

(2)在施工部分袋装砂井后，在已完成的各排袋装砂井的中部施做螺旋挤土灌注桩至设计深度，并如此交互进行袋装砂井和螺旋挤土灌注桩的施工；

(3)在螺旋挤土灌注桩和砂井部分施工完成后，在被加固区表面铺设35cm厚粗砂垫层，在排水垫层四周设置排水沟，袋装砂井、排水沟与排水垫层共同组成排水系统；

(4)逐步分期施加路堤荷载，直至达到路堤设计高度。

上面所述的各实施例仅仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其特征在于包括以下步骤：

A)根据工程情况及地层条件，确定螺旋挤土灌注桩复合地基方案，包括螺旋挤土灌注桩的桩径、桩长、桩间距及桩位布置方案；

B)在所述的每两根相邻螺旋挤土灌注桩桩位的中间部位布置竖向排水井，竖向排水井的深度根据工程地质条件确定；

C)在施做完成所述的两个相邻竖向排水井的中间部位，按照设计的桩位施做每根所述螺旋挤土灌注桩；

D)在全部或部分完成了所述竖向排水井和所述螺旋挤土灌注桩的地基表面铺设排水垫层，排水垫层将所述竖向排水井连通，组成排水系统。

2.如权利要求1所述的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其特征是：所述步骤B)中的所述竖向排水井为砂井、袋装砂井或排水板，所述步骤D)中的所述排水垫层为砂石垫层，排水垫层的厚度为200-600mm，排水垫层的周边设有排水沟。

3.如权利要求2所述的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其特征是：所述竖向排水井的深度可以大于、等于或小于所述螺旋挤土灌注桩的深度，所述排水垫层的砂石中设有土工织物、土工格栅或土工格室。

4.如权利要求3所述的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其特征是：所述排水板的上部伸入排水垫层中的高度为150-200mm。

5.如权利要求4所述的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其特征是：所述螺旋挤土灌注桩和所述竖向排水井为方格网或梅花状布置。

6.如权利要求5所述的含软弱粘土地层中的螺旋挤土灌注桩复合地基处理方法，其特征是：所述螺旋挤土灌注桩为素混凝土桩、水泥土桩、水泥碎石桩、水泥砂石桩、水泥粉煤灰砂石桩或钢筋混凝土桩。

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