CN105780764A - 一种轻质水泥土复合搅拌桩 - Google Patents

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邓永锋
吴子龙
刘松玉
刘华山
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    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/46—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making in situ by forcing bonding agents into gravel fillings or the soil
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Abstract

本发明提出一种新型轻质水泥土搅拌桩复合地基形式。其中水泥掺量为15％‑18％，水灰比调整为0.6‑0.8，发泡剂掺量为5％‑10％，且保证轻质水泥土重度在10.5‑11.0kN/m3之间。轻质水泥土搅拌桩复合地基施工方法简易，可直接嫁接运用常规搅拌桩的施工工艺和设备；此外，桩体自重(复合地基自重)减小，变相提高了地基承担上覆荷载的能力；由于桩体具有一定可压缩性，在荷载作用下能够实现桩体和桩间土之间的变形协调，以解决不均匀沉降和差异沉降问题；在满足轻质水泥土重度的前提下，可以进一步调控水泥用量，保证轻质土搅拌桩的强度，满足不同地基加固与承载的需求。新型轻质搅拌桩复合地基具有巨大的工程实用价值，能够得到快速推广和大量应用。

Description

一种轻质水泥土复合搅拌桩
技术领域
本发明提出了一种新型轻质水泥土复合搅拌桩地基形式，适用于软粘土地区，属于土木工程和交通运输工程地基处理领域。
背景技术
随着我国沿海大开发战略的实施，各种沿海高等级公路正在规划和建设。由于特殊地理位置和复杂地质条件，在高等级公路修建过程中，不可避免遇到各种软弱粘土地基。一般而言，软粘土具有含水率高、渗透系数小、压缩性高以及抗剪强度较低等特点，因此为了确保公路施工期间的安全性、后续运营期间的可使用性以及行车舒适性，需进行相应的地基处理。常采用的处理方法是向软弱地基中打设桩体，使之形成桩土复合地基，用以承担上覆路堤应力和行车荷载。
桩土复合地基的形式多种多样。其中在软粘土地区，水泥土搅拌桩复合地基是最常用的一种形式，其主要是向软弱地基中打设水泥土搅拌桩，利用桩体自身承载力和桩间土强度来承担上覆应力。此外，还有学者提出了其他的复合地基形式。如陈先志(公开号CN203755331U)提出了预制桩复合地基，它主要由均匀布置的预制桩单元、预制桩单元上均匀平铺的褥垫层以及硬化地基面组成；章学良(公开号CN204151767U)则提出了CFG桩和PHC管桩组合形成的复合地基形式，其主要是利用CFG桩的置换性和PHC管桩的挤密性来提高地基承载力。需要说明的是在上述复合地基形式中，由于桩体与桩周土的刚度差异，不可避免的造成上覆路堤和建筑的不均匀沉降，且采用以上复合地基处理软弱地基时，工程造价较高。
在工程实践中，为了解决不均匀沉降和差异沉降问题，一些学者专家也对此进行了研究和创新，如陈春来(公开号CN203729175U)和苏引平(公开号CN203256757U)分别提出了桩网和桩格栅式复合地基形式，但上述方法的施工工序复杂，耗时长，且成本较高。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种轻质水泥土复合搅拌桩，以减少不均匀沉降和差异沉降、简化施工步骤、缩短施工耗时以及降低工程造价为出发点，是一种新型轻质水泥土搅拌桩复合地基形式，其能有效地解决上述问题，具有重要的工程实用价值。
技术方案：本发明是一种轻质水泥土复合搅拌桩，该复合搅拌桩采用轻质水泥土制成，其中，水泥掺量即水泥占复合搅拌桩的重量为15％-18％，水灰比即水与水泥的重量比为0.6-0.8，发泡剂掺量即发泡剂占搅拌桩的重量为5％-10％。
所述的轻质水泥土，其重度在10.5-11.0kN/m3之间。
本发明的轻质水泥土复合搅拌桩的制备方法为，向制备好的水泥浆液中掺入发泡剂，在浆液池中充分搅拌，然后将发泡后的水泥浆液通过水泥土搅拌桩施工机械，与软黏土进行搅拌，形成搅拌桩；一系列搅拌桩施工结束后形成轻质水泥土搅拌桩复合地基。
有益效果：本发明特色之处主要分为几点：
(1)轻质水泥土搅拌桩复合地基施工方法简易，可直接嫁接搅拌桩的施工工艺和设备；
(2)轻质水泥土搅拌桩复合地基，减小了桩体自重(复合地基自重)，变相提高了地基承担上覆荷载的能力；
(3)由于桩体具有一定可压缩性，在荷载作用下能够实现桩体和桩间土之间的变形协调，以解决不均匀沉降和差异沉降问题；
(4)在满足轻质桩重度的前提下，可以进一步调控水泥用量，保证轻质土搅拌桩的强度，满足不同地基加固与承载的需求。
附图说明
图1：轻质土桩复合地基示意图；
图2：具体施工工艺流程图。
其中有：多孔轻质土桩1，轻质土中空隙2，上覆载荷3，水泥4，发泡剂5，水6，水泥土搅拌桩机7。
具体实施方式
轻质土桩复合地基的现场施工方案见附图2，可以分为以下步骤：
第①步：现场配置水泥浆液，然后掺入发泡剂。参照以往工程实践，水泥掺量为15％-18％，水灰比调整为0.6-0.8，发泡剂掺量为5％-10％，控制后续成型的轻质水泥土重度在10.5-11.0kN/m3之间；
第②步：启动搅拌桩桩机，下钻到设计桩长，提升过程中喷浆搅拌，直至地表设计标高；下钻进行二次复搅。当桩体某一深度处浆液量不足时，进行补喷；
第③步：移动搅拌桩桩机，进行下一根桩体施工。搅拌桩施工结束后，检查桩头标高，进行路基施工前的场地平整；
第④步：在形成的轻质水泥土搅拌桩复合地基上进行路基填筑。
新型轻质水泥土搅拌桩复合地基(示意图见附图1所示)，其充分利用发泡剂这一特殊材料，将其嫁接运用到常规水泥土搅拌桩的施工工艺中，将发泡剂-水泥浆与软黏土进行搅拌，使之形成轻质水泥土桩，在此基础上构成轻质搅拌桩复合地基。由于轻质土搅拌桩自身具有强度，因此这种新型复合地基的承载方式与常规复合地基承载方式基本一致。此外，基于新型复合地基的固有特点，其能有效解决以下几个技术问题：其一，轻质土搅拌桩与桩周土形成复合地基后，由于桩体的容重较低，其能大幅度减小复合地基的自重，变相提高了地基承担上覆荷载的能力；其二，由于桩体具有一定可压缩性，在荷载作用下能够实现桩体和桩间土之间的变形协调，以解决不均匀沉降和差异沉降问题；其三，轻质土搅拌桩内部具有较大孔径，能够吸储交通荷载动能，减小动荷载对软弱地基的损伤；最后，将泡沫轻质土桩埋至地下，可以避免传统轻质土材料因紫外线照射和干湿循环等因素导致的性能劣化。
新型轻质土搅拌桩复合地基的关键部分在于轻质土研发，具体技术方案为：向制备好的水泥浆液(水泥掺量为15％-18％，水灰比调整为0.6-0.8)中掺入发泡剂(掺量范围为5％-10％)，在浆液池中充分搅拌，然后将发泡后的水泥浆液通过水泥土搅拌桩施工机械，与软黏土进行搅拌，形成搅拌桩；一系列搅拌桩施工结束后形成轻质水泥土搅拌桩复合地基。需要说明的是通过申请者的研究，采用上述掺量时能将轻质水泥土的重度控制在10.5-11.0kN/m3之间。之所以控制重度，主要有以下两个原因：(1)轻质土重度略微大于自由水的重度(10kN/m3)，使得轻质水泥土搅拌桩在打设完成后，不会因为地下水的浮力而浮起；(2)一般而言，软粘土的重度取16kN/m3，当轻质土重度为11kN/m3时，两者之间的重度差为5kN/m3。一般而言，一根常规搅拌桩的面积为0.2m2而长度为20m，若采用泡沫轻质土搅拌桩代替常规搅拌桩，相当于桩体自重(复合地基自重)能减小20kN。若复合地基的面积置换率为10％(桩间距为1.5m，三角形布设)，则由于桩身自重减小而导致的附加承载等效为1m填土的荷载。

Claims (3)

1.一种轻质水泥土复合搅拌桩，其特征在于该复合搅拌桩采用轻质水泥土制成，其中，水泥掺量即水泥占复合搅拌桩的重量为15％-18％，水灰比即水与水泥的重量比为0.6-0.8，发泡剂掺量即发泡剂占搅拌桩的重量为5％-10％。
2.根据权利要求1所述的轻质水泥土复合搅拌桩，其特征在于所述的轻质水泥土，其重度在10.5-11.0kN/m3之间。
3.一种如权利要求1所述的轻质水泥土复合搅拌桩的制备方法，其特征在于，向制备好的水泥浆液中掺入发泡剂，在浆液池中充分搅拌，然后将发泡后的水泥浆液通过水泥土搅拌桩施工机械，与软黏土进行搅拌，形成搅拌桩；一系列搅拌桩施工结束后形成轻质水泥土搅拌桩复合地基。
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