CN102251520A

CN102251520A - 一种新型水泥土复合搅拌桩及其成桩方法

Info

Publication number: CN102251520A
Application number: CN 201110139581
Authority: CN
Inventors: 岳建伟; 李增瑞; 许刚; 孙新生; 黄晓亮; 李连东
Original assignee: 岳建伟
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明属于软土地基处理方法技术领域，特别涉及一种新型水泥土复合搅拌桩及其成桩方法。所述的搅拌桩由变截面的水泥土搅拌桩和四棱台形钢筋混凝土芯桩组成，所述的芯桩沿搅拌桩截面中心插入搅拌桩且与搅拌桩紧密配合。本发明新型水泥土复合搅拌桩充分利用现有设备和材料，改变其材料结构、施工工序、桩体截面和传力途径，具有成桩质量好、水泥土强度高、桩基承载力高、造价低的优点。

Description

一种新型水泥土复合搅拌桩及其成桩方法

技术领域

本发明属于软土地基处理方法技术领域，特别涉及一种新型水泥土复合搅拌桩及其成桩方法。

背景技术

常用的地基处理方法有孔内深层强夯法、换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。方法大多是从机械设备着手，进而建立某种工法，从材料入手提高地基处理质量和效果的比较少。

但是在处理过程中，地基的性质是千差万别的。在软土地基处理中，遇到高含水率的厚层软土，采用深层搅拌时，即使水泥掺入量再高，水泥桩的承载力还是很低。为了解决此问题，申请号为200910069919.5的专利申请，针对富含氯离子、硫酸根离子的沿海淤泥质软土地基，提出了在施工时采用矿渣硅酸盐水泥、木质素磺酸钙、聚羧酸高效减水剂作为水泥土改性材料对水泥搅拌桩进行处理，来提高水泥土的强度的技术方案。另外，水泥搅拌桩进行承载力检测时，经常出现桩头压坏的现象，而桩体下半部分的摩阻力无法充分发挥，对此，申请号为200910046398.1的专利申请，提出在水泥搅拌桩内插入预制钢筋混凝土桩的办法，来改变水泥搅拌桩荷载传递途径，从而提高水泥搅拌桩的承载力，但该桩存在芯桩的混凝土与外侧水泥土抗压、抗剪强度相差过大的情况，致使芯桩的混凝土材料也不能充分发挥作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型水泥土复合搅拌桩及其成桩方法，用以处理天然含水量为45-90%的软土地基，克服目前水泥桩成桩强度较低、桩基承载力较差的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

一种新型水泥土复合搅拌桩，所述的搅拌桩由变截面的水泥土搅拌桩和四棱台形钢筋混凝土芯桩组成，所述的芯桩沿搅拌桩截面中心插入搅拌桩且与搅拌桩紧密配合。

所述的水泥土搅拌桩与芯桩的上端截面大于下端截面。

水泥土搅拌桩截面的变化处从上端面计位于搅拌桩的1/3-1/2段。

四棱台形钢筋混凝土芯桩是由钢筋和混凝土预制而成的，其截面为正方形。

四棱台形钢筋混凝土芯桩强度为C20-C60，长度无特别限定，上端与水泥土搅拌桩持平，下端长度则较为自由，既可以长于水泥土搅拌桩，也可以短于水泥土搅拌桩。优选是比水泥搅拌桩短1-3m。

所述的水泥土搅拌桩由软土地基的原状土和添有外加剂的水泥浆搅拌均匀而形成，其中添有外加剂的水泥浆与软土地基的原状土的重量比为1：3-10，所述的添有外加剂的水泥浆的重量组成如下：胶凝材料50-70份、外加剂0.01-2份、水洗沙5-50份、粉煤灰5-20份、聚丙烯纤维0.5-3份和水40-100份。

本发明还提供了一种较好的所述新型水泥土复合搅拌桩的成桩方法，制备变截面的水泥土搅拌桩以及四棱台形钢筋混凝土芯桩，然后将芯桩小截面向下沿搅拌桩截面中心插入搅拌桩且与搅拌桩紧密配合即可。

其中，变截面的水泥土搅拌桩的成桩步骤如下：

1）按照重量配比称取以下材料并在搅拌机中均匀搅拌制备水泥浆：胶凝材料50-70份、外加剂0.01-2份、水洗沙5-50份、粉煤灰5-20份、聚丙烯纤维0.5-3份和水40-100份；

2）启动搅拌桩机，先按水泥土搅拌桩下端的小截面直径进行搅拌施工，将水泥浆均匀地与不同深度地基土（即上述软土地基的原状土）拌合；在搅拌钻头钻进的过程中，边钻进边由砂浆泵泵送步骤1）中的水泥砂浆浆液，采用喷浆＋搅拌三循环即三喷六搅的方式。

3）根据水泥土搅拌桩上端大截面直径的要求，增大搅拌桩的搅拌叶片，按设计要求的直径和深度，采用喷浆＋搅拌三循环即三喷六搅方式将水泥浆均匀地与地基土拌合完成水泥土搅拌桩的施工。

步骤1）中所述胶凝材料的重量组成如下：水泥40-85份、生石灰粉5-40份、硅灰粉10-20份。

所述水泥为32.5号或42.5号水泥。

所述的外加剂的重量组成为：三乙醇胺0.01-0.03份、硫酸钠0.5-4份、硅酸钠0.5-2份、氢氧化钠0.1-1份、酒石酸0.1-0.5份和木质素磺酸钙0.05-0.5份。

所述水洗沙粒径小于1.5mm。

由于水泥搅拌桩的侧摩阻力沿桩体自上而下是逐渐减小的，因此本发明采用增大搅拌桩上半段直径的方法来改变桩体的承载力分布，使水泥搅拌桩的侧摩阻力和混凝土芯桩的抗压强度得到充分发挥，避免了水泥搅拌桩的桩头压坏的破坏模式，进而有效地提高了桩基的承载力。

进一步，水泥土强度增加的过程是水泥的水解水化反应、土颗粒与水泥水化物的离子交换、固粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列复杂的物理化学反应作用的综合，不同的外加剂对水泥土强度有着不同的影响，合适的外加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量。为使水泥水化后形成足够的水化硅酸钙，水泥材料必须有过量活性（游离）CaO，在水化后产生过量的过饱和Ca(OH)₂溶液，与外加剂进行反应，共同构成土颗粒间和土颗粒表面的充填物和包裹物，使水泥土的孔隙明显减小，从而加固水泥土的强度。本发明对水泥浆的组成进行了设计和改进，降低了水泥土塑性指数，提高了搅拌桩的成桩质量，加强了水泥桩的强度，室内实验改性水泥土的无侧限抗压强度为2-12 MPa。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明新型水泥土复合搅拌桩充分利用现有设备和材料，改变其材料结构、施工工序、桩体截面和传力途径，具有成桩质量好、水泥土强度高、桩基承载力高、造价低的优点。

附图说明

图1为本发明所述新型水泥土复合搅拌桩的结构示意图，其中1为四棱台形钢筋混凝土芯桩，2为变截面的水泥土搅拌桩。

具体实施方式：

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

新型水泥土复合搅拌桩，由变截面的水泥土搅拌桩和四棱台形钢筋混凝土芯桩组成，所述的芯桩小截面向下沿搅拌桩截面中心插入搅拌桩且与搅拌桩紧密配合。所述的水泥土搅拌桩上端截面大于下端截面，桩总长度12m，上段搅拌桩桩直径700mm，长度4m，下段搅拌桩桩直径500mm，长度8m。

其中，变截面改性水泥土搅拌桩，是由软土地基的原状土和注入添有外加剂的水泥浆液搅拌均匀而形成。四棱台形钢筋混凝土芯桩是由钢筋和混凝土预制而成，其上端截面正方形边长300mm，下端截面正方形边长200mm，芯桩长度比水泥搅拌桩短1.5m，混凝土强度为C30。

成桩方法如下：

A）按重量配比（下同）称取三乙醇胺0.02份、硫酸钠2.38份、硅酸钠1.5份、氢氧化钠0.5份、酒石酸0.25份和木质素磺酸钙0.35份混合获得外加剂；称取水泥60份、生石灰粉25份、硅灰粉15份混合获得胶凝材料。

称取外加剂1份，胶凝材料60份，水洗沙23份，粉煤灰15份，聚丙烯纤维1份。

把胶凝材料、外加剂、水洗沙、粉煤灰、聚丙烯纤维放入搅拌机中搅拌均匀，并加入60份水搅拌均匀。

B）启动搅拌桩机，先按改性水泥土变截面劲芯搅拌桩的下端直径（如图1所示）进行搅拌施工，在搅拌钻头钻进的过程中，边钻进边由砂浆泵泵送步骤A中的水泥砂浆浆液，采用喷浆＋搅拌三循环即三喷六搅方式将水泥浆均匀地与不同深度地基土拌合；改性水泥土经抽芯检测，无侧限抗压强度的平均值为2.0MPa，比普通的水泥土强度增加了30％以上，效果明显。

C）对如图1所示的新型水泥土复合搅拌桩变截面水泥桩的上端较大直径段，增大搅拌桩的搅拌叶片，按上段设计要求的直径和深度采用喷浆＋搅拌三循环即三喷六搅方式将水泥浆均匀地与地基土拌合；完成上段施工后，变截面改性水泥土搅拌桩施工结束；经过上段变截面直径的施工处理，改性水泥土变截面搅拌桩的上段水泥土的强度显著提高，改性水泥土经抽芯检测，无侧限抗压强度的平均值为2.0MPa 。

D）当完成改性水泥土变截面搅拌桩后，把如图1所示的预制成型好的四棱台形钢筋混凝土芯桩沿变截面改性水泥土搅拌桩截面中心垂直插入，改性水泥土变截面劲芯搅拌桩的施工结束。插入的芯桩和改性水泥土变截面搅拌桩可以有效地把竖向荷载向下和向外进行有效地传递，避免桩头被压坏。

实施例2

新型水泥土复合搅拌桩，由变截面的水泥土搅拌桩和四棱台形钢筋混凝土芯桩组成，所述的芯桩小截面向下沿搅拌桩截面中心插入搅拌桩且与搅拌桩紧密配合。所述的水泥土搅拌桩上端截面大于下端截面，桩总长度18m，上段搅拌桩桩直径700mm，长度9m，下段搅拌桩桩直径500mm，长度9m。

变截面改性水泥土搅拌桩，是由软土地基的原状土和注入添有外加剂的水泥浆液搅拌均匀而形成。四棱台形钢筋混凝土芯桩是由钢筋和混凝土预制而成，其上端正方形边长350mm，下端正方形边长150mm，芯桩长度比水泥搅拌桩短3m，混凝土强度为C50。

成桩方法如下：

A）称取三乙醇胺0.03份、硫酸钠3份、硅酸钠2份、氢氧化钠0.5份、酒石酸0.4份和木质素磺酸钙0.5份混合获得外加剂；称取水泥80份、生石灰粉10份、硅灰粉10份混合获得胶凝材料。称取外加剂1.5份，胶凝材料70份，水洗沙22份，粉煤灰5份，聚丙烯纤维1.5份。把胶凝材料、外加剂、水洗沙、粉煤灰、聚丙烯纤维放入搅拌机中搅拌均匀，并加入50份水搅拌均匀。

B）启动搅拌桩机，先按改性水泥土变截面劲芯搅拌桩的下端直径（如图1所示）进行搅拌施工，在搅拌钻头钻进的过程中，边钻进边由砂浆泵泵送步骤A中的水泥砂浆浆液，采用喷浆＋搅拌三循环即三喷六搅方式将水泥浆均匀地与不同深度地基土拌合；改性水泥土经抽芯检测，无侧限抗压强度的平均值为5.0MPa。

C）对如图1所示的新型水泥土复合搅拌桩变截面水泥桩的上端较大直径段，增大搅拌桩的搅拌叶片，按上段设计要求的直径和深度采用喷浆＋搅拌三循环即三喷六搅方式将水泥浆均匀地与地基土拌合；完成上段施工后，变截面改性水泥土搅拌桩施工结束；经过上段变截面直径的施工处理，改性水泥土变截面搅拌桩的上段水泥土的强度显著提高，改性水泥土经抽芯检测，无侧限抗压强度的平均值为5.0MPa ，改变了芯桩的荷载传递方式。

Claims

1. 一种新型水泥土复合搅拌桩，其特征在于，所述的搅拌桩由变截面的水泥土搅拌桩和四棱台形钢筋混凝土芯桩组成，所述的芯桩沿搅拌桩截面中心插入搅拌桩且与搅拌桩紧密配合。

2.如权利要求1所述的新型水泥土复合搅拌桩，其特征在于，所述的水泥土搅拌桩和芯桩的上端截面大于下端截面。

3.如权利要求2所述的新型水泥土复合搅拌桩，其特征在于，水泥土搅拌桩截面的变化处从上端面计位于搅拌桩的1/3-1/2段。

4.如权利要求1-3之一所述的新型水泥土复合搅拌桩，其特征在于，四棱台形钢筋混凝土芯桩强度为C20-C60。

5.如权利要求4所述的新型水泥土复合搅拌桩，其特征在于，水泥土搅拌桩由重量比为3-10: 1的软土地基的原状土和添有外加剂的水泥浆搅拌均匀而形成，所述的添有外加剂的水泥浆的重量组成如下：胶凝材料50-70份、外加剂0.01-2份、水洗沙5-50份、粉煤灰5-20份、聚丙烯纤维0.5-3份和水40-100份。

6.权利要求1所述的新型水泥土复合搅拌桩的成桩方法，其特征在于，制备变截面的水泥土搅拌桩以及四棱台形钢筋混凝土芯桩，然后将所述的芯桩小截面向下沿搅拌桩截面中心插入搅拌桩且与搅拌桩紧密配合即可。

7.如权利要求6所述的新型水泥土复合搅拌桩的成桩方法，其特征在于，变截面的水泥土搅拌桩的成桩步骤如下：

2）启动搅拌桩机，先按水泥土搅拌桩下端的小截面直径进行搅拌施工，将水泥浆均匀地与不同深度地基土拌合；

3）根据水泥土搅拌桩上端大截面直径的要求，增大搅拌桩的搅拌叶片，按设计要求的直径和深度，将水泥浆均匀地与地基土拌合完成水泥土搅拌桩的施工。

8.如权利要求7所述的新型水泥土复合搅拌桩的成桩方法，其特征在于，步骤1）中所述胶凝材料的重量组成如下：水泥40-85份、生石灰粉5-40份、硅灰粉10-20份。

9.如权利要求8所述的新型水泥土复合搅拌桩的成桩方法，其特征在于，所述水泥为32.5号或42.5号水泥。

10.如权利要求7所述的新型水泥土复合搅拌桩的成桩方法，其特征在于，所述的外加剂的重量组成为：三乙醇胺0.01-0.03份、硫酸钠0.5-4份、硅酸钠0.5-2份、氢氧化钠0.1-1份、酒石酸0.1-0.5份和木质素磺酸钙0.05-0.5份。