桩挤密法加固软弱地基之对比分析

2010-08-15杨青潮

山西建筑 2010年25期

关键词：密桩灰土砂土

杨青潮郝哲

0 引言

随着我国经济建设的蓬勃发展,不仅要选择地质条件良好的场地从事建设,有时也不得不在地质条件不好或软弱地基上进行土木工程建设。软弱地基是指由软土(淤泥及淤泥质土)、冲填土、杂填土、松散砂土及其他具有高压缩性的土层构成的地基[1]。

软弱地基按照原理的不同可分为排水固结法;挤密法;置换及拌入法;灌浆法;加筋法;冷热处理法六大类。

挤密法是六大类地基处理方法之一。碎石桩、砂石桩、石灰桩、灰土挤密桩和土挤密桩、水泥粉煤灰碎石桩的主要作用机理就在于对地基土的挤密作用。鉴于这几种方法都是在孔中填入砂石、灰土、土或石灰等材料形成桩体,笔者将它们统一划归为桩挤密法。

下面对几类桩挤密法在基本概念、加固机理、施工方法、适用范围等方面进行对比剖析,澄清它们之间的异同点,对地基处理工程的设计和施工提供有益的参考。

1 桩挤密法分类及特点

1)碎石桩。碎石桩是以碎石、卵石为主要材料制成的复合地基加固桩。碎石桩的抗震性能较好,造价较低,工期短,操作方便,适用范围广,桩型比较多,便于设计选择。

2)砂石桩。砂石桩是在软弱地基中成孔后,将砂挤入土中,形成大直径的砂石密实桩体[2]。砂石桩可以防止砂土在受振时的液化,提高地基的强度和水平抗力,减少地基的固结沉降,提高了承载力和地基的整体稳定性。

3)石灰桩。石灰桩是指人工或机械在地基中成孔后,灌入生石灰块或在生石灰块中掺入水硬性掺合料形成的桩柱体[2]。石灰桩属于可压缩的低粘结强度桩,对超软土的加固特别有利。

4)土挤密桩。土挤密桩是在地基中成孔,然后在孔中分层填入素土后夯实而成的土桩[2]。土挤密桩属于柔性桩,填入桩孔的材料均属就地取材,因此比其他处理湿陷性黄土和人工填土的方法造价较低。

5)灰土挤密桩。灰土挤密桩是在地基中成孔后,分层填入不同比例的消石灰和土而成[2]。灰土挤密桩主固化料为消石灰,桩体材料可多样、可就地取材,可用于多种施工工艺。

6)水泥粉煤灰碎石桩。水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩(Cement Fly-ash Gravel pile),是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和后制成具有一定强度的桩体[2]。CFG桩是充分利用桩间土承载力共同作用的一种低强度混凝土桩,可将荷载传递到深层地基中去,具有较好的经济效果和技术性能。

2 不同桩挤密法加固机理对比

2.1 相同点

几种桩挤密法均属于柔性桩加固地基的范畴,它们主要靠桩管打入地基时对地基土的挤密作用,在一定的挤密功能作用下土粒彼此移动,从而使土的压缩性减小和抗剪强度提高。

2.2 不同点

1)碎石桩。碎石桩与砂桩同属散体材料桩,加固机理相似,并随被加固土质不同而有差别。对砂土、粉土和碎石土具有置换和挤密作用;对黏性土和填土,以置换作用为主,在不同程度上伴有挤密和促进排水固结的作用。2)砂石桩。由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力,使土的物理力学性能得到改善,地基承载力大幅度提高。3)石灰桩。石灰桩与砂桩、碎石桩等散体材料桩不同,主要特点是在形成桩身强度的同时也加固了桩间土,当用于建筑物地基时,石灰桩与桩间土组成了石灰桩复合地基共同承担上部结构荷载。4)土挤密桩。土桩挤密地基由桩间挤密土和分层夯实的素土桩组成,土桩桩体和桩间土均为被机械挤密的重塑土,所以土桩挤密地基可以被视为厚度较大的素土垫层。5)灰土挤密桩。灰土挤密桩由于对桩间土能起侧向约束作用,限制土的侧向移动,桩间土只产生竖向压密,使侧压力与沉降始终呈线性关系[5]。灰土挤密桩成桩过程中置换了原孔位处的天然土,对提高地基承载力起到了补强作用。6)CFG桩。CFG桩不同于碎石桩,是具有一定粘结强度的混合料桩。CFG桩和其他复合地基的桩型相比,它的置换作用很突出[6]。

3 不同桩挤密法施工方法对比

3.1 相同点

几种桩挤密法都是先采用沉管法、冲击法等把挤密点局部范围内的土体向周围侧向挤出,使其周围一定范围内的土体得到挤密,使原来比较松散的天然地基被挤密成能满足工程需要的较为密实的人工地基。

3.2 不同点

1)碎石桩。碎石桩施工方法主要有振冲挤密法、干振法、沉管法、强夯置换法等,工程中应用最广泛的是振冲碎石桩,它是在边振边冲的联合作用下形成桩孔,再向桩孔逐段填入碎石并逐段振密,在地基中形成大直径的密实桩。2)砂石桩。砂石桩在工程中常见的有孔内重锤夯实砂石桩、振冲砂石桩和振动沉管挤密砂石桩等,它是采用振动、冲击或水冲等方式在地基中成孔后,再将碎石、砂石挤压入孔中,形成砂石所成的密实桩体。3)石灰桩。石灰桩施工可采用洛阳铲或机械成孔。机械成孔分为沉管和螺旋钻成孔。成桩时可采用人工夯实、机械夯实、沉管反插、螺旋反压等工艺。4)土挤密桩。灰土挤密桩或土挤密桩的施工方法是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填素土成桩,工艺比较简单,其特点是以土治土,可以就地取材。5)灰土挤密桩。灰土挤密桩的施工方法是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填灰土成桩,由于灰土桩不能处理地下水位以下土层的特点,使灰土挤密桩的应用受到了许多限制。6)CFG桩。目前在工程中振动沉管灌注成桩应用的比较多,这主要是由于振动打桩机施工效率高,造价相对较低。

4 不同桩挤密法应用范围对比

4.1 相同点

几种桩挤密法都适用于含砂粒、瓦屑的杂填土及含砂量较多的松散土地基,对粘性大的饱和软土地基,挤密效果不大。

4.2 不同点

1)碎石桩。碎石桩主要适用于砂性土、非饱和黏性土,以炉灰、炉渣、建筑垃圾为主的杂填土,松散的素填土,经碎石桩处理后可以作多层建筑地基。2)砂石桩。砂石桩适用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土、杂填土等地基,提高地基的承载力和降低压缩性,也可用于处理可液化地基。3)石灰桩。适用于加固杂填土、素填土、饱和黏性土、淤泥质土、淤泥、透水性小的粉土,特别适用于新填土和淤泥;对透水性高的砂土和砂质粉土以及超高含水量的软土则不适合。石灰桩和灰土桩不同,可以用于地下水位以下的土层。4)土挤密桩。由土挤密桩地基的特点可知,该方法主要适应于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,可处理地基的深度为5 m～15 m[6]。以消除湿陷性黄土地基的湿陷性为主要目的时,宜选用土挤密法。5)灰土挤密桩。灰土挤密桩是以提高人工填土地基的承载力和增强其水稳定性,并消除湿陷性黄土地基的湿陷性为主要目的时,常采用灰土挤密法。6)CFG桩。CFG桩适用于处理黏土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。对一般黏性土、粉土或砂土,桩端具有好的持力层,经CFG桩处理后可以作为高层或超高层建筑地基。