散粒体水泥土复合桩（）

2.1　散粒体水泥土复合桩（SM）

（1）结构

先在软基中施打散粒体桩（S），可为砂、碎石、卵石、煤矸石、钢渣、矿渣、碎砖瓦或混合体等散粒体，砂石或混合体的比例视土质软硬确定，土质松软时石子或大粒径散粒体比例略高，一般桩径为220～280mm再在散粒体桩中心施打水泥搅拌桩。一般水泥搅拌桩径为500～700mm，水泥掺入量可为12％～15％，也可用注浆、高压旋喷桩等方法在散粒体中心或周围施工。根据工程用途、土质、加固目的调整桩型、桩长、桩距、桩径，散粒体配合比形成多种复合桩体。如仅需加固上部暗河浜时，S桩仅需深入暗河底。如需基坑支护，则S桩可与水泥土桩等长或略短。可由SM＋S＋桩间土形成三元复合地基（干法、湿法均可，视加固目的和土层含水量而定。一般如果土层含水量较高，需快速排水固结，提高竖向增强体强度，多用粉喷法；如果要作基坑围护、消除湿陷或上部土层含水量较低时可用湿喷法或高压旋喷法，场地较狭小、电力负荷较小时可在散粒体中注浆……形成强度、密度、刚度均较高的水泥土散粒体复合桩）。

（2）水泥土砂石复合桩作用机理（SM以砂石粉喷复合桩为例）

①挤密置换作用。一般先施打间距较小、桩径为220～280mm，桩长达软弱土层底的砂石桩，对软基中较软弱的部位先行挤密加固（砂性土）和置换加固（饱和软黏土），使该部位土体的密度、强度和承载力得到初次提高，再在部分砂石桩中心施打粉喷桩。而预留部分砂石桩构筑复合地基（基坑支护时多采用湿喷工法，不预留砂石桩）。

②排水固结通道作用：a）施工中的快速排水通道：一般粉喷桩施工时，高压空气是从方形钻杆与搅拌圆孔之间排出。如果桩长超过10m和土质松软呈流塑状态紧裹钻杆使高压空气无法顺畅排出时（有时也从刚施工好的附近桩体中心排出部分水汽），即使加大压缩空气的排量和压力，超孔隙水压力难以迅速消散，水泥粉难以顺畅排出，造成该部位桩体水泥掺入量较少，含有较多的气泡，强度较低的现象（在取芯检测时常会发现），而有了细而密的砂石桩作为排水排气通道后，会有大量软土中的水分在高压气体的作用和螺旋形叶片反转成桩时上部10多吨机械自重压力作用下被强制地从砂石桩中排出（有薄层粉土或粉砂层与砂石桩贯通时更明显），还易在桩间土体中形成劈裂空隙，超孔隙水压力会快速消散，使水泥粉顺畅排出被土体吸附搅匀，经过全程复搅和压实使水泥与砂、石、土体均匀密实，在施工现场常见复合桩的桩顶会“陷落”，达50cm以上，这表明复合桩体在施工中被强制“受压密实”，复合桩体的主沉降在施工中完成，桩间软土经砂石桩和粉喷桩共同作用，在施工中快速排水固结，有效地减少了工后沉降和工后休止期。b）预留部分砂石桩构成长期排水固结通道：前述起“快速排水通道作用”的是粉喷桩施工时周围的全部砂石桩，当部分砂石桩被水泥搅拌桩复合后，复合桩间预留的部分砂石桩作为垂直排水通道与褥垫层中的砂石垫层（水平通道）形成排水系统，将会在上部工程施工及工后长期发挥作用。如果软土较厚，超过粉喷桩有效加固深度（一般为10～12m）时，施打一定长度的砂石桩后再打粉喷桩，会提高其有效加固深度，且会使水泥桩体下土层中的超孔隙水压力更易消散，具有抗地震液化作用。

③改善桩身颗粒结构，增强复合桩体密度，增加荷载作用深度：在砂石桩中心再施打水泥搅拌桩，相当于在水泥土体中又增加了20％～30％的粗粒骨料，由于粗粒骨料的比表面积小，吸附能力小强度高，起“骨架作用”。使“黏土基质”向“骨架结构”转变，改善桩体土粒结构。当土中含砂量达40％～60％时，加固土强度达到最大值。实际工程中，在被加固土体中含有砖瓦、混凝土碎块、煤渣等骨料时经搅拌与水泥、原土体更易均匀拌和，且消除了粉喷桩体中薄弱结构面，因而桩体密度、强度和刚度也有大幅度提高。在沿海淤泥质粉土中一般水泥土强度为1.4MPa，而砂石水泥复合体强度高达4～9MPa。具有较高强度和刚度的复合桩体在上部荷载作用下，其荷载传递深度也远远大于一般水泥土搅拌桩，其作用机理与强度较高的CFG桩相近，因而端阻力充分发挥。而单纯增加水泥掺入量（如掺入量大于20％），会阻碍水泥的水化作用，易在桩头部位的粉喷桩体中心产生“烧心”现象（因水泥掺入量过高，地下水位较低，水泥硬化时产生的高温造成水泥土体强度降低的现象）。而单纯增大水泥搅拌桩的置换率，桩间距过小又会造成“地面隆起”现象并产生“群桩效应”——单桩复合地基静荷载测试结果虚高，而实际复合地基承载力较低的现象。

④改善桩间软土状态和特殊土地基的不良特性，构筑复合地基：细而密的砂石桩对软弱土体先行加固，施打粉喷桩时经全程复搅使周围砂石桩在大量高压气体作用和粉喷桩桩机反转压密的双重作用下，排出大量水分和气体，同时软土被劈裂，水泥粉被顺畅排出与砂、石、土体搅拌均匀并被强制压密，在劈裂处与软土颗粒产生离子交换作用，余下的水分又被干燥水泥粉体、碎砖瓦、钢渣吸附，以上的综合作用使桩间软土含水量迅速降低，密度、强度和压缩模量等物理力学指标快速地提高，在提供给复合桩较高摩阻力的同时承担更多的上部荷载，与砂石桩、复合桩共同构成强度较高，协调匹配的复合地基。还有消除或减少地基液化、黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性，可在特殊土地基处理中发挥作用。由于复合桩桩身沉降在施工中迅速完成，减少了工后沉降，缩短了地基稳定时间。预留砂石桩作为排水通道在工后长期存在并构成复合地基。十分适用于高速公路的软基处理，如在桥头部位可再在水泥土复合桩中打入素混凝土劲芯，以增强该部位的强度和稳定性，减少该部位的沉降。粉喷桩与细而密微型散粒体桩相复合，互补增强、相得益彰，极大地提高了粉喷工法在软土地基中的加固效果和应用范围。