專利名稱：攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種土木工程技術，尤其是一種攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基。
背景技術：
近二十年來，地基處理技術得到很大發(fā)展，其中復合地基技術應用最為廣泛。復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強或被置換。復合地基中的豎向增強體一般可分為散體材料樁、柔性樁(或稱半剛性樁)和剛性樁。其中，柔性樁一般常指攪拌樁。攪拌樁地基處理方法是利用水泥和/或石灰作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，利 用壓縮空氣噴射石灰或水泥，就地與地基土強行攪拌，利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學反應，使軟弱土固結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的地基，以達到提高地基承載力和減少地基沉降量的目的。攪拌樁適合于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土地基。與剛性樁相比，攪拌樁成本低，但它對復合地基承載力的提高有一定的限度，其承載力一般不大于160kPa，當復合地基承載力要求較高時，攪拌樁不再有優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基，該新型復合地基不僅能降低地基內(nèi)附加應力引起的超靜孔隙水壓力，從而減小地基工后沉降，而且能有效提聞地基的抗液化能力。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術方案一種攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基，包括若干排攪拌樁和透水性混凝土樁，所述攪拌樁和透水性混凝土樁隔排布置，在攪拌樁和透水性混凝土樁上部的地基表面鋪設
有碎石墊層。隔排布置的排列方式可以為所述攪拌樁和透水性混凝土樁的每一排數(shù)量相等，且前后對正，整體成正方形布置。該排列方式也可以為所述透水性混凝土樁數(shù)量少于攪拌樁數(shù)量，每個透水性混凝土樁位于相鄰排中兩個相鄰攪拌樁連線的中心線上，每個透水性混凝土樁與所述相鄰的兩個攪拌樁形成三角形布置。所述碎石墊層厚度為20_30cm。所述每排攪拌樁或透水性混凝土樁中每兩個所述樁的樁距為3-4倍攪拌樁樁徑。所述透水性混凝土樁樁徑取O. 8-1. O倍攪拌樁樁徑。該復合地基的處理方法，步驟如下I)先施工透水性混凝土樁；透水性混凝土抗壓強度不低于20MPa，滲透系數(shù)不低于2mm/s ;透水性混凝土樁用長螺旋鉆孔灌注成樁、長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁或振動沉管灌注成樁方法施工，施工前場地清表處理，做好抽水、清淤及整平工作；[0013]2)然后再施工攪拌樁，以便將攪拌樁施工引起的超靜孔隙水壓力通過透水性混凝土樁排走，兩種樁施工間隔時間不少于10天；3)鋪設有碎石墊層。所述透水性混凝土抗壓強度為20_25MPa,滲透系數(shù)為2_5mm/s。所述兩種樁施工間隔時間為10-20天。所述長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁和振動沉管 灌注中，長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度為160 200mm，振動沉管灌注成樁施工的坍落度為30 50mm,振動沉管灌注成樁后樁頂浮衆(zhòng)厚度不超過200mm。具體而言，一種攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基處理方法的步驟如下I)先施工透水性混凝土樁施工前場地先清表處理，做好抽水、清淤及整平工作。透水性混凝土抗壓強度為20-25MPa，滲透系數(shù)為2-5mm/s ;透水性混凝土樁的施工，應根據(jù)現(xiàn)場條件選用下列施工工藝①長螺旋鉆孔灌注成樁，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土，其工藝流程為施工準備一定位放線一鉆機成孔一制備樁料一壓灌成樁一轉移鉆機一樁體養(yǎng)護一樁身質量檢驗一鋪設墊層。②長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，適用于粘性土、粉土、砂土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴格的場地，其工藝流程為施工準備一樁位放線一鉆機就位一調(diào)整樁機垂直度一確定鉆進深度標識一濕潤泵管一鉆孔一成孔至設計標高一泵送CFG樁混合料至設計標高一清理樁間土一鑿樁頭一樁身質量檢驗一鋪設墊層。③振動沉管灌注成樁，適用于粉土、粘性土及素填土地基，其工藝流程為施工準備一定位放線一樁機就位一沉管成孔一壓灌、拔管一成樁一樁體養(yǎng)護一樁身質量檢驗一鋪
設墊層。長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工和振動沉管灌注成樁施工除應執(zhí)行國家現(xiàn)行有關規(guī)定外，尚應符合下列要求①施工前應按設計要求由試驗室進行配合比試驗，施工時按配合比配制透水性混凝土。長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度宜為160 200_，振動沉管灌注成樁施工的坍落度宜為30 50mm，振動沉管灌注成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過200mm。②長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設計深度后，應準確掌握提拔鉆桿時間，透水性混凝土泵送量應與拔管速度相配合，遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵侍料；沉管灌注成樁施工拔管速度應按勻速控制，拔管速度應控制在I. 2 I. 5m/min左右，如遇淤泥或淤泥質土，拔管速度應適當放慢。③對振動沉管灌注成樁法，當逐排打設時，打樁的推進方向應逐排改變，以免土體朝一個方向擠壓，并且對同一排樁而言，必要時宜采用間隔跳打的方式進行。自邊緣向中央打法將使中間部分土體擠壓較密實，不僅使樁難以打入，而且打中間樁時，還有可能使外側各樁被擠壓而浮起，所以一般以自中央向邊緣打法和分段打法為宜。盡量避免土體因擠壓而密實，使沉管困難和樁位偏移，或產(chǎn)生水平力和拉力，使已打好的樁身造成斷裂。有時遇到地表土層較堅硬，下面為軟弱土層，樁成型后，還未達到初凝強度，當鄰樁施工時，在軟硬不同的兩層土中振動下沉套管，由于振動對于兩層土的波速不一樣，產(chǎn)生了剪應力，把先施工的樁剪斷。遇此情況，應采用跳打法加大樁的施工間距。并且對于群樁基礎，或樁的中心距離小于3. 5倍樁徑時，也應采用跳打法，中間空出的樁應待混凝土達到設計強度等級的50%以后，方可施打，以減輕對鄰樁的擠壓力，防止斷裂事故發(fā)生。④施工粧頂標聞宜聞出設計粧頂標聞不少于O. 5m。⑤成樁過程中，抽樣做透水性混凝土試塊，每臺機械一天應做一組(3塊)試塊(邊長為150mm的立方體)，標準養(yǎng)護，測定其立方體抗壓強度。⑥透水性混凝土入孔溫度不得低于5°C，冬季施工時對樁頭和樁間土應采取保溫措施。⑦清土和截樁時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。⑧透水性混凝土施工垂直度偏差不應大于1%。⑨透水性混凝土樁地基檢驗應在樁身強度滿足試驗荷載條件時，并宜在施工結束28d后進行。試驗數(shù)量宜為總樁數(shù)的O. 5% 1%，且每個單體工程的試驗數(shù)量不應少于3點。應抽取不少于總樁數(shù)10%的樁進行低應變動力試驗，檢測樁身完整性。2)然后再施工攪拌樁，以便將攪拌樁施工引起的超靜孔隙水壓力通過透水性混凝土樁排走，兩種樁施工間隔時間為10-20天。所述步驟2)中的攪拌樁為水泥土攪拌樁，水泥土強度以無側限抗壓強度衡量，90天抗壓強度須大于I. 2Mpa ;水泥土攪拌樁徑為50cm ;水泥土攪拌樁施工工藝為放樣一攪拌機械就位一預攪下沉一噴粉攪拌提升至離地面30cm處一重復攪拌下沉一重復攪拌提升至離地面30cm處一關閉攪拌機械一鋪筑碎石墊層。所述步驟2)中的攪拌樁為石灰攪拌樁，所用石灰純凈無雜質，氧化鈣和氧化鎂的按質量百分比的總量至少為85% ;為防止樁體中石灰聚集，在使用前應篩分，石灰粒徑宜小于O. 5mm,最大粒徑不大于2mm ;石灰攪拌樁樁徑為50cm ;石灰攪拌樁施工工藝為放樣一攪拌機械就位一預攪下沉一噴粉攪拌提升至離地面30cm處一重復攪拌下沉一重復攪拌提升至離地面30cm處一關閉攪拌機械一鋪筑碎石墊層。本實用新型中的透水性混凝土是由級配的集料、水泥、增強材料、外加劑和水等按比例經(jīng)成型工藝制成的，集料骨架間含有大量貫通性孔隙(通常在5% 30%之間并多為直徑超過Imm的大孔)的蜂窩狀結構的混凝土，在保證一定透水性情況下其抗壓強度一般在
3.5MPa 28MPa，撓曲強度一般在IMPa 3. 8MPa。透水混凝土的滲透系數(shù)一般介于2. Omm/s 5. 4mm/s,有的甚至達到I. 2cm/s。透水混凝土的配比特點是采用單粒級粗骨料作為骨架，水泥凈漿或加入少量細骨料的砂漿薄層包裹在粗骨料顆粒的表面，作為骨料顆粒之間的膠結層，形成骨架一空隙結構的多孔混凝土材料。試驗研究表明，透水性混凝土的強度和透水性是一對矛盾體，此消彼長，如圖I所示。在工程設計中應根據(jù)具體要求，根據(jù)公知常識能夠確定最佳的強度和滲透性組合。透水性混凝土樁是將透水性混凝土采用長螺旋鉆孔灌注成樁方法、長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁或振動沉管灌注成樁方法施工而成，成樁方法為現(xiàn)有技術，不再贅述。攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基中的透水性混凝土樁不僅透水性強，而且強度高，既提高了地基承載力，又加快了地基固結速度，減小了工后沉降。圖2(a)、2(b)示為路基填筑和運營期間不同復合地基(水泥土攪拌樁復合地基和水泥土攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基(實施例I制備)土體內(nèi)的超靜孔隙水壓力隨時間變化的有限元計算曲線?？梢?，與水泥土攪拌樁相比，攪拌樁-透水性混凝土樁周圍超靜孔隙水壓力消散更快，一直處于很低的水平。圖3所示為路基工后沉降隨時間的變化曲線。可見，與水泥土攪拌樁復合地基相比，攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基(實施例I制備)對應的路基工后沉降明顯減小。另外，因為透水性混凝土樁樁體材料強度遠大于攪拌樁樁體材料強度，所以與單純的攪拌樁復合地基相比，攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基可適當降低樁體的置換率。攪拌樁施工時壓縮空氣對周圍土體施加的側向壓力及攪拌葉片攪拌時對周圍土體施加的剪切力均會在土體內(nèi)引起很大的超靜孔隙水壓力，施工完后的攪拌樁會突然下沉，還會引起地面開裂，導致附近建筑物受損。透水性混凝土樁的設置能快速消散超靜孔隙水壓力，不僅避免了以上現(xiàn)象的發(fā)生，而且充分利用攪拌樁施工時產(chǎn)生的側向壓力，變不利為有利，通過排水固結作用，在提高攪拌樁周圍土體強度的基礎上更有效地提高復合地基的強度?！さ卣饡r，土體內(nèi)將產(chǎn)生很高的超靜孔隙水壓力，會導致可液化地基發(fā)生液化。透水性混凝土樁因為具有很強的透水性，將使得超靜孔隙水壓力快速消散，抑制液化的發(fā)生。圖4所示為地震作用下不同類型復合地基內(nèi)超孔壓比隨時間的變化曲線。可見，地震期間攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基(實施例I制備)內(nèi)的超靜孔隙水壓比單純攪拌樁復合地基內(nèi)的超靜孔隙水壓力明顯降低。這說明攪拌樁-透水性混凝土樁二元復合地基比攪拌樁一元復合地基更能有效抑制地基液化的發(fā)生。同時因為透水性混凝土樁的剛度和強度高，攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基的抗震性能將明顯優(yōu)于單純的攪拌樁復合地基，將有效降低地基表面的加速度放大系數(shù)。所以，透水性混凝土樁的設置將使得攪拌樁復合地基的抗震性能顯著增強。本實用新型用透水性混凝土樁代替部分攪拌樁，透水性混凝土樁剛度和強度高，具有剛性樁的優(yōu)點，同時透水性強，具有碎石樁的優(yōu)點。攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基是一種二元復合地基，與單純的攪拌樁復合地基相比，該新型復合地基不僅能降低地基內(nèi)附加應力引起的超靜孔隙水壓力，從而減小地基工后沉降，而且能有效提高地基的抗液化能力。同時，與CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)等剛性樁復合地基相比，攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基成本明顯降低。另外，攪拌樁施工時壓縮空氣對周圍土體施加的側向壓力及攪拌葉片攪拌時對周圍土體施加的剪切力均會在土體內(nèi)引起很大的超靜孔隙水壓力，施工完后的攪拌樁會突然下沉，還會引起地面開裂，導致附近建筑物受損。透水性混凝土樁的設置能快速消散超靜孔隙水壓力，不僅避免了以上現(xiàn)象的發(fā)生，而且充分利用攪拌樁施工時產(chǎn)生的側向壓力，變不利為有利，通過排水固結作用，在提高攪拌樁周圍土體強度的基礎上更有效地提高復合地基的強度。復合地基既具有高的承載能力，又具有強的透水能力，不僅可以有效減小工后沉降，又能提高地基的抗液化能力。同時通過排水固結作用，該復合地基還能消除攪拌樁施工引起的工程病害。

圖I是透水性混凝土抗壓強度與滲透系數(shù)的關系曲線圖；圖2 (a)水泥土攪拌樁復合地基樁周土體超靜孔壓隨時間的變化曲線；圖2 (b)水泥土攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基樁周土體超靜孔壓隨時間的變化曲線；[0046]圖3工后沉降隨時間的變化曲線；圖4地震作用下不同類型復合地基內(nèi)超孔壓比隨時間的變化曲線；圖5(a)是正方形布樁圖；圖5 (b)是二角形布樁圖。其中圖5(a)、圖5(b)中的實心圓圈表示透水性混凝土樁，空心圓圈表示攪拌樁。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。實施例I :水泥攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基如圖5 (a)、圖5 (b)所示，水泥攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基樁體采用正方形或三角形布置，水泥攪拌樁和透水性混凝土樁隔排布置。在地基表面鋪設碎石墊層，厚度為15-30cm。每排攪拌樁或透水性混凝土樁中每兩個所述樁的樁距為3-4倍透水性混凝土樁樁徑。透水性混凝土樁樁徑取O. 8-1. O倍攪拌樁樁徑。施工時，先施工透水性混凝土管樁，然后再施工水泥攪拌樁，間隔時間不少于10天。所有樁體垂直度誤差不大于1%。透水性混凝土設計抗壓強度為22MPa，滲透系數(shù)為2mm/s。透水性混凝土樁可用振動沉管灌注成樁方法施工，施工前場地需清表處理，做好抽水、清淤及整平工作。振動沉管灌注成樁法主要施工工藝為施工準備一定位放線一樁機就位一沉管成孔一壓灌、拔管一成樁一樁體養(yǎng)護一樁身質量檢驗一鋪設墊層。(該工藝與現(xiàn)有工藝相同，不再贅述)。水泥土強度應以無側限抗壓強度衡量，90天抗壓強度須大于I. 2MPa。水泥土攪拌樁樁徑一般為50cm。水泥土攪拌樁施工工藝為放樣一攪拌機械就位一預攪下沉一噴粉攪拌提升至離地面30cm處一重復攪拌下沉一重復攪拌提升至離地面30cm處一關閉攪拌機械—鋪筑碎石墊層(該工藝與現(xiàn)有工藝相同，不再贅述)。實施例2 :石灰攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基如圖5 (a)、圖5 (b)所示，石灰攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基樁體采用正方形或三角形布置，石灰攪拌樁和透水性混凝土樁隔排布置。在地基表面鋪設碎石墊層，厚度為15-30cm。每排攪拌樁或透水性混凝土樁中每兩個所述樁的樁距為3-4倍透水性混凝土樁樁徑。透水性混凝土樁樁徑取O. 8-1. O倍攪拌樁樁徑。施工時，先施工透水性混凝土管樁，然后再施工石灰攪拌樁，間隔時間不少于10天。所有樁體垂直度誤差不大于1%。透水性混凝土抗壓強度為20MPa，滲透系數(shù)為2. 5mm/s。透水性混凝土樁可用長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁方法施工，施工前場地需清表處理，做好抽水、清淤及整平工作。長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁法工藝流程為施工準備一樁位放線一鉆機就位一調(diào)整樁機垂直度一確定鉆進深度標識一濕潤泵管一鉆孔一成孔至設計標高一泵送CFG樁混合料至設計標高一清理樁間土一鑿樁頭一樁身質量檢驗一鋪設墊層。所用石灰應該純凈無雜質,氧化I丐和氧化鎂的總量至少為85%。為防止樁體中石灰聚集，在使用前應篩分，石灰粒徑宜小于O. 5mm,最大粒徑應不大于2_。石灰土樁徑一般為50cm。石灰攪拌樁主要施工工藝為放樣一攪拌機械就位一預攪下沉一噴粉攪拌提升至離地面30cm處一重復攪拌下沉一重復攪拌提升至離地面30cm處一關閉攪拌機械一鋪筑碎石墊層(該工藝與現(xiàn)有工藝相同，不再贅述)。 上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范 圍以內(nèi)。
權利要求1.一種攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基，包括若干排攪拌樁和透水性混凝土樁，其特征是，所述攪拌樁和透水性混凝土樁隔排布置，在攪拌樁和透水性混凝土樁上部的地基表面鋪設有碎石墊層。
2.如權利要求I所述的復合地基，其特征是，所述攪拌樁和透水性混凝土樁的每一排數(shù)量相等，且前后對正，整體成正方形布置。
3.如權利要求I所述的復合地基，其特征是，所述透水性混凝土樁數(shù)量少于攪拌樁數(shù)量，每個透水性混凝土樁位于相鄰排中兩個相鄰攪拌樁連線的中心線上，每個透水性混凝土樁與所述相鄰的兩個攪拌樁形成三角形布置。
4.如權利要求I所述的復合地基，其特征是，所述碎石墊層厚度為20-30cm。
5.如權利要求I所述的復合地基，其特征是，所述每排攪拌樁或透水性混凝土樁中每兩個所述樁的樁距為3-4倍攪拌樁樁徑。
6.如權利要求I所述的復合地基，其特征是，所述透水性混凝土樁樁徑取O.8-1. O倍攪拌樁樁徑。
專利摘要本實用新型公開了一種攪拌樁-透水性混凝土樁復合地基，包括若干排攪拌樁和透水性混凝土樁，所述攪拌樁和透水性混凝土樁隔排布置，在攪拌樁和透水性混凝土樁上部的地基表面鋪設有碎石墊層。該復合地基既具有高的承載能力，又具有強的透水能力，不僅可以有效減小工后沉降，又能提高地基的抗液化能力。同時通過排水固結作用，該復合地基還能消除攪拌樁施工引起的工程病害。
文檔編號E02D5/38GK202787294SQ20122048122
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權日2012年9月19日
發(fā)明者崔新壯, 金青, 高智珺, 張炯 申請人:山東大學