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釘形水泥土雙向攪拌樁技術(shù) 加固軟土地基的理論與應(yīng)用,東南大學(xué)巖土工程研究所 南京路鼎攪拌樁特種技術(shù)有限公司 二 0 0 九 年,巖土工程技術(shù)的重大突破,,目 錄,,釘形水泥土雙向攪拌樁的材料,1.通常為硅酸鹽類水泥，R32.5以上。 2.摻入量： 8%20% ，一般用12%18% 。 3.水灰比：0.50 0.60 。,固化劑,,3.對于腐蝕性土層等特殊性質(zhì)土層，摻入添加劑改變其性狀 如當(dāng)?shù)叵滤蛲翗拥腜H值小于4時，可在固化劑中摻入水泥重量5%的石灰，可使水泥周圍的環(huán)境變成堿性，將大大利于水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行。,釘形水泥土雙向攪拌樁的材料,外加劑,主要有木質(zhì)素磺酸鈣、石膏、三乙醇胺等。應(yīng)通過試驗確定選用的外加劑種類和摻量。不同的外加劑對水泥土有著不同的影響，一般來說，添加劑按照所起的作用分為以下幾種類型：,1.增加樁體強(qiáng)度 如粒徑不大于0.25mm的粉細(xì)砂、粉煤灰（二級干粉以上）、石膏等。,2.不增加樁體強(qiáng)度 如高糖木質(zhì)素磺酸鹽、氯化鋅、硼酸鹽、各種磷酸鹽等可以延緩水泥土凝結(jié)時間而對后期強(qiáng)度無明顯影響。,,各種設(shè)計參數(shù)確定的原則,1.樁 長 釘形水泥土攪拌樁樁長的確定分為兩部分： 擴(kuò)大頭長度；總樁長。,（1）擴(kuò)大頭長度的確定 擴(kuò)大頭按其作用形式可分別作為蓋板（樁帽）與樁體。當(dāng)作為蓋板時，高度一般為0.81.5m。作為樁體時，h=(1/31/5)L，原則上不超過6m。 （如作為樁體等作用時應(yīng)根據(jù)具體要求確定。）,,擴(kuò)大頭的形式,一、作為樁帽(蓋板) 作為樁帽時，釘形樁擴(kuò)大頭的設(shè)計長度可設(shè)計為1.0m1.5m左右，考慮到樁頂0.5m范圍內(nèi)，因上覆壓力較小，樁身強(qiáng)度較低而效果不佳，樁徑比（D/d）可達(dá)到23。,,二 、作為樁體 作為樁身結(jié)構(gòu)部分時， 釘形樁擴(kuò)大頭是整樁的一部分，擴(kuò)大頭高度宜大于2.5m。,擴(kuò)大頭的形式,,三、處理特殊地層部分 處理特殊土層是指，在某一深度范圍內(nèi)，有特別軟弱的土層、滑動面的范圍較大，為更經(jīng)濟(jì)合理地利用釘形樁而增大樁身的強(qiáng)度，其擴(kuò)大頭高度可據(jù)特殊土層厚度適度加長；擴(kuò)大頭的位置也可根據(jù)土層條件隨意變化。,擴(kuò)大頭的形式,,（2）總樁長的確定,最大入土深度應(yīng)通過試樁的結(jié)果確定，具體根據(jù)電流值以及標(biāo)貫擊數(shù)確定，標(biāo)貫擊數(shù)大于15擊，電流值超過60A時，為極限入土深度。,釘形水泥土雙向攪拌樁最大處理深度可達(dá)35m。由于目前的水泥土攪拌樁施工機(jī)械結(jié)構(gòu)單薄，穩(wěn)定性較差，使釘形樁的處理深度大大受到限制，水泥土攪拌樁施工施工機(jī)械處理深度一般的不超過25m，因此軟土地基處理深度越過25m時，就需要增大動力，提高樁機(jī)機(jī)架的穩(wěn)定性。,原則上樁長應(yīng)進(jìn)入持力層，盡量避免懸浮于軟弱土體中。,,各種設(shè)計參數(shù)確定的原則,2.樁 徑 樁徑分為擴(kuò)大頭樁徑D與下部樁徑d。,（2）對于擴(kuò)大頭樁徑D： D=1.82.4d（作為樁體時）； D=2.02.8d（作為樁帽時）。,（1）對于下部樁徑d： 處理深度小于12m，一般取500mm； 處理深度1218m，一般取600mm； 處理深度于18m，一般取700mm。,,擴(kuò)大頭高度：,對稱邊載效應(yīng)系數(shù)：,釘形水泥土雙向攪拌樁的下部樁徑不 宜小于500mm，上、下樁徑比（D/d）宜在1.82.4之間，樁徑大時取小值。也可由下式確定：,(3)上下樁徑比,,各種設(shè)計參數(shù)確定的原則,3.樁間距 等間距，不等間距。,在路堤荷載作用下，隨樁間距的增大，作用在樁頂?shù)暮奢d也有增大，增大幅度有減緩的趨勢；隨樁間距的增大，樁身荷載也增大，但當(dāng)樁間距達(dá)到一定值以后樁身軸力變化不大，趨于穩(wěn)定，說明當(dāng)樁間距增大到一定值以后，樁體承擔(dān)的荷載已接近其極限承載力。,,根據(jù)土拱效應(yīng)，可將樁的成拱土體平面分為三個區(qū)域，即：拱上穩(wěn)定區(qū)、土拱區(qū)、及拱下自由區(qū)。若樁截面的幾何及強(qiáng)度參數(shù)設(shè)計合理，則該土拱穩(wěn)定存在并將拱頂壓力傳遞至拱腳及周圍土體。此時，危險區(qū)域應(yīng)是土拱與相鄰樁包圍的自由區(qū)，該部分土體僅靠自身的強(qiáng)度保持穩(wěn)定。 通過土拱截面強(qiáng)度驗算可以得出考慮土拱效應(yīng)時的合理樁間距的控制公式。,合理樁間距的確定,合理樁間距,,拱頂強(qiáng)度驗算,拱腳強(qiáng)度驗算,式中，c為土體的粘聚力，為土體的內(nèi)摩擦角，D為擴(kuò)大頭直徑，q為樁頂荷載。,,即 ，因此取最大樁間距 。取 為合理樁間距，可以將合理樁間距與幾個參變量的函數(shù)關(guān)系寫為： =g(q,D,c, ),比較上述截面強(qiáng)度分析的拱跨與可得：,樁間距與各影響因素的關(guān)系,,各種設(shè)計參數(shù)確定的原則,4.布置形式 三角形，矩形以及各種組合形式,根據(jù)不同的功能要求確定。,其他形式：,,各種設(shè)計參數(shù)確定的原則,水泥土的強(qiáng)度隨齡期的增長而增大，在齡期28d后，強(qiáng)度仍有明顯增長，因此，對于承重攪拌樁試塊取90d齡期為標(biāo)準(zhǔn)齡期，對起支撐作用受水平荷載的攪拌樁，水泥土強(qiáng)度取28d齡期為標(biāo)準(zhǔn)齡期。室內(nèi)配比試驗90d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的水泥土試塊抗壓強(qiáng)度可根據(jù)上部荷載大小、結(jié)構(gòu)形式等確定。,5.樁身強(qiáng)度,樁身強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗與室內(nèi)配比試驗確定，一般來說，現(xiàn)場強(qiáng)度與室內(nèi)強(qiáng)度的關(guān)系為： R現(xiàn)=KR室 （K=0.60.8僅供參考）,,水泥土強(qiáng)度隨著齡期的增長而增大，一般在齡期28d后仍有明顯的增加，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范提供了不同齡期水泥土抗壓強(qiáng)度之間的線性關(guān)系：,fcu7=(0.470.63) fcu28 fcu14= (0.620.80) fcu28 fcu60= (1.151.46) fcu28 fcu90= (1.431.80) fcu28 fcu90= (2.37 3.73) fcu7 fcu90= (1.732.82) fcu14,式中fcu7、fcu14、fcu28、fcu60、fcu90分別為7d、14d、28d、60d、90d齡期的水泥土抗壓強(qiáng)度。,,單樁承載力的組成,單樁承載力的計算,,單樁承載力的組成,一、擴(kuò)大頭部分： 樁周土對擴(kuò)大頭側(cè)壁提供的摩阻力： 擴(kuò)大頭側(cè)壁面積乘以相應(yīng)土層的摩擦力； 擴(kuò)大頭翼緣下部土體提供的支撐力： 翼緣面積乘以土層的不排水抗剪強(qiáng)度。,二、下部樁體部分: 下部樁體提供的單樁承載力計算分兩種情況： 當(dāng)樁周土對下部樁體側(cè)壁提供的摩阻力與樁端土體支撐力之和大于樁身強(qiáng)度與下部樁體面積的乘積，取樁身強(qiáng)度與下部樁體面積的乘積； 否則，取樁周土對下部樁體側(cè)壁提供的摩阻力與樁端土體支撐力之和。,,單樁承載力的計算,釘形水泥土雙向攪拌樁單樁承載力特征值的取值，應(yīng)按照以下要求確定： 當(dāng)采用單樁載荷試驗時，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2； 當(dāng)無單樁載荷試驗資料時，初步設(shè)計時可按下式進(jìn)行估算。,(一)刺入性破壞模式：,(二)擴(kuò)大頭“翼緣”下部樁體屈服破壞模式：,(三)樁頂屈服破壞模式。,單樁承載力計算分三種情況：,,一、刺入性破壞模式,如果樁身強(qiáng)度滿足：,且:,單樁極限承載力應(yīng)由下式確定:,,二、擴(kuò)大頭“翼緣”下部樁體屈服破壞模式,如果樁身強(qiáng)度滿足：,且:,單樁極限承載力應(yīng)由下式確定:,,三、樁頂屈服破壞模式,如果樁身強(qiáng)度滿足：,且:,單樁極限承載力應(yīng)由下式確定:,,綜合三種破壞模式，變截面水泥土雙向攪拌樁單樁極限承載力可采用下式計算：,,釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基極限承載力可采用下式計算：,注：以上各式中各符號含義可參見釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程 （蘇JG/T024-2007 ）,,S1擴(kuò)大頭深度范圍內(nèi)復(fù)合土層平均壓縮變形量,S2下部樁體深度范圍內(nèi)復(fù)合土層平均壓縮變形量,S3樁端下部未加固土層平均壓縮變形量,S= S1+ S2+ S3,變形沉降計算,,釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基變形計算地基處理后的變形計算應(yīng)按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2002的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 復(fù)合土層的分層與天然地基相同（在變截面處應(yīng)分層計算），各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量與樁體壓縮模量按照面積置換率加權(quán)平均，即：,,目 錄,,施工機(jī)械與設(shè)備,動力箱體,雙向樁與釘形樁的施工機(jī)架與常規(guī)攪拌樁相同，不同的是配備了專用的鉆頭、葉片以及動力箱體。,,可伸縮葉片,三種鉆頭,,強(qiáng)制性攪拌模擬動畫,當(dāng)遇到相對較硬土層，鉆頭攪拌困難時或為使攪拌樁成樁質(zhì)量更好，攪拌更加均勻，可以使用強(qiáng)制式攪拌鉆頭。,,試 樁,1.滿足設(shè)計要求的試樁,根據(jù)地質(zhì)報告及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，選定樁型及單樁豎向承載力特征值。 試樁的目的是：,（1）進(jìn)一步確定所選樁型的施工可行性，避免樁機(jī)全面進(jìn)場后發(fā)現(xiàn)該樁型不適合本場地施工或發(fā)現(xiàn)樁承載力遠(yuǎn)小于地質(zhì)報告提供的計算值，此時再改樁型就會拖工期且增加費(fèi)用。,（2）根據(jù)單樁豎向靜載荷試驗確定單樁豎向承載力特征值。由于地質(zhì)報告提供的數(shù)值往往偏于保守，所以可以根據(jù)靜載報告提高樁承載力，減少樁數(shù)。,,（5）確定進(jìn)入持力層的判別方法。,2.滿足施工要求的試樁,不同地段具有不同的地質(zhì)條件，為了克服盲目性，確保收到預(yù)期的效果，在施工前必須進(jìn)行工藝試樁，試樁數(shù)量不少于5根。 試樁的目的是：,（1）提供滿足設(shè)計的各種操作參數(shù)。如管道壓力、鉆機(jī)提升速度、鉆進(jìn)速度、攪