复合地基处理方法

复合地基有多种处理方法,一般分为水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、砂桩地基、振冲桩复合地基、土和灰土挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基及夯实水泥土桩复合地基等。一般情况下,复合地基的处理方式参照地区土质情况设定。

1.水泥土搅拌法

水泥土搅拌法是利用水泥(石灰)等材料作为固化剂,通过深层搅拌机在地基深部,就地将软土和固化剂(浆体或粉体)强制拌和,利用固化剂和软土发生一系列物理化学反应,使其凝结成具有整体性、水稳性好和强度较高的水泥土(灰土)。有干法和湿法之分。

水泥加固土由于水泥用量少(8～18%),水泥水化反应完全是在土粒周围产生的,水泥与软黏土拌和后,水泥中的矿物和土中水发生强烈的水解和水化反应,生成水化物。

石灰加固土除利用生石灰的吸水、膨胀和发热性能外,还利用石灰与软黏土发生离子交换和化学反应达到加固地基的目的。

水泥土搅拌法的特点:①在地基加固过程中无振动、无噪音、无污染;②对被加固土体无侧向挤压,对邻近建筑物影响很小;③提高地基强度效果显著;④施工工期短,造价低廉。

水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法(即粉体搅拌法)。

2.水泥粉煤灰碎石桩

水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩,是由碎石、石屑、粉煤灰组成混合料,掺入适量水进行拌和,采用各种成桩机械形成的桩体,也是近年来新开发的一种地基处理技术。通过调整水泥的用量及配比,可使桩体强度等级在C5～C20的范围内变化,最高可以达到C25。

这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。第一,施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样,工艺简单,与振冲碎石桩相比,无场地污染,振动影响也较小;第二,所用材料仅需少量水泥,便于就地取材,基础工程不会与上部结构争“三材”,这也是比水泥搅拌桩优越之处;第三,受力特性与水泥搅拌桩类似。

CFG桩在受力特性方面介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间。与碎石桩相比,CFG桩桩身具有一定的刚度,不属于散体材料桩,其桩体承载力取决于桩侧摩阻力和桩端端承载力之和或桩体材料强度。当桩间土不能提供较大侧限力时,CFG桩复合地基承载力高于碎石桩复合地基。与钢筋混凝土相比,桩体强度和刚度比一般混凝土小得多,这样有利于充分发挥桩体材料的潜力,降低地基处理费用。

CFG桩适用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。CFG桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。

CFG桩加固软弱地基,桩和桩土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。此处的褥垫层不是基础施工时通常做的10cm厚的素混凝土垫层,而是由粒状材料组成的散体垫层。由于CFG桩是高粘结强度桩,褥垫层是桩和桩间土形成复合地基的必要条件,也即褥垫层是CFG桩复合地基不可缺少的一部分。

其加固软弱地基主要有三种作用,即桩体作用、挤密作用和褥垫层作用。

(1)长螺旋钻孔灌注成桩,适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土。

(2)长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩,适用于黏性土、粉土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。

(3)振动沉管灌注桩,适用于粉土、黏性土及素填土地基。

施工注意事项:冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃,对桩头和桩间土应采取保温措施;清土和截桩时,不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土;褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力夯实法,夯填度(夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值)不得大于0.9;施工垂直度偏差不应大于1%;对满堂布桩基础,桩位偏差不应大于0.4倍桩径;对条形基础,桩位偏差不应大于0.25倍桩径,对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。

3.旋喷法

旋喷法又称高压喷射注浆法,是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后,用高压脉冲泵,将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置,以高速高压射流喷入土体,冲击切削土层,使喷射流射程内的土体遭受破坏,同时,钻杆边转动边提升,使土体与水泥浆充分搅拌混合,凝聚固结后即在地基中形成一定强度的水泥土混合体,从而使地基得到加固。

根据使用机具设备不同,高压喷射注浆法分为单管法、二重管法和三重管法。

(1)单管法是用一根单管喷射高压水泥浆液作为喷射流,由于高压浆液射流在土中衰减快,破碎土的有效射程短,成桩直径一般为0.3～0.8m。

(2)二重管法是用同轴双通道二重注浆管同时喷射高压浆液和压缩空气,形成复合喷射流,成桩直径1m左右。

(3)三重管法是用同轴三重注浆管同时喷射高压水流、压缩空气和水泥浆液。

根据注浆形式分为:旋转喷射注浆(旋喷法)、定向喷射注浆(定喷法)、在某一角度范围内摆动喷射注浆(摆喷法)。

根据加固体形状可分为立柱、壁状和块状等。

高压喷射注浆具有以下特点:

1)提高地基土的抗剪强度,改善土的变形性质;

2)利用小直径钻孔旋喷形成比孔径大8～10倍的大直径固结体;可通过调节喷嘴的旋喷速度、提升速度、喷射压力及旋转角度形成各种形状桩体;可制成垂直桩、斜桩或连续墙,并获得需要的强度;

3)可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体,施工噪声低、振动小;

4)用于各种软弱土层,可控制加固范围;

5)设备轻便,机械化程度高,能在狭窄场地施工;

6)施工简便,操作容易,速度快,效率高,用途广,成本低。

旋喷法适用于淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有机质时,以及地下水流速过大和已涌水的工程,应根据现场试验确定其适用性。还可用于既有建筑和新建建筑的地基处理、深基坑侧壁挡土或挡水、基坑底部防止管涌与隆起、坝的防渗加固等。