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釘形水泥土雙向攪拌樁技術 加固軟土地基的理論與應用,東南大學巖土工程研究所 南京路鼎攪拌樁特種技術有限公司 二 0 0 九 年,巖土工程技術的重大突破,,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?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的進行。,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.增加樁體強度 如粒徑不大于0.25mm的粉細砂、粉煤灰（二級干粉以上）、石膏等。,2.不增加樁體強度 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時間而對后期強度無明顯影響。,,各種設計參數(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： 擴大頭長度；總樁長。,（1）擴大頭長度的確定 擴大頭按其作用形式可分別作為蓋板（樁帽）與樁體。當作為蓋板時，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根據(jù)具體要求確定。）,,擴大頭的形式,一、作為樁帽(蓋板) 作為樁帽時，釘形樁擴大頭的設計長度可設計為1.0m1.5m左右，考慮到樁頂0.5m范圍內(nèi)，因上覆壓力較小，樁身強度較低而效果不佳，樁徑比（D/d）可達到23。,,二 、作為樁體 作為樁身結構部分時， 釘形樁擴大頭是整樁的一部分，擴大頭高度宜大于2.5m。,擴大頭的形式,,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)濟合理地利用釘形樁而增大樁身的強度，其擴大頭高度可據(jù)特殊土層厚度適度加長；擴大頭的位置也可根據(jù)土層條件隨意變化。,擴大頭的形式,,（2）總樁長的確定,最大入土深度應通過試樁的結果確定，具體根據(jù)電流值以及標貫擊數(shù)確定，標貫擊數(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35m。由于目前的水泥土攪拌樁施工機械結構單薄，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，提高樁機機架的穩(wěn)定性。,原則上樁長應進入持力層，盡量避免懸浮于軟弱土體中。,,各種設計參數(shù)確定的原則,2.樁 徑 樁徑分為擴大頭樁徑D與下部樁徑d。,（2）對于擴大頭樁徑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。,,擴大頭高度：,對稱邊載效應系數(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，但當樁間距達到一定值以后樁身軸力變化不大，趨于穩(wěn)定，說明當樁間距增大到一定值以后，樁體承擔的荷載已接近其極限承載力。,,根據(jù)土拱效應，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度參數(shù)設計合理，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度保持穩(wěn)定。 通過土拱截面強度驗算可以得出考慮土拱效應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,,拱頂強度驗算,拱腳強度驗算,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)關系寫為： =g(q,D,c, ),比較上述截面強度分析的拱跨與可得：,樁間距與各影響因素的關系,,各種設計參數(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：,,各種設計參數(shù)確定的原則,水泥土的強度隨齡期的增長而增大，在齡期28d后，強度仍有明顯增長，因此，對于承重攪拌樁試塊取90d齡期為標準齡期，對起支撐作用受水平荷載的攪拌樁，水泥土強度取28d齡期為標準齡期。室內(nèi)配比試驗90d標準養(yǎng)護的水泥土試塊抗壓強度可根據(jù)上部荷載大小、結構形式等確定。,5.樁身強度,樁身強度應根據(jù)現(xiàn)場試驗與室內(nèi)配比試驗確定，一般來說，現(xiàn)場強度與室內(nèi)強度的關系為： R現(xiàn)=KR室 （K=0.60.8僅供參考）,,水泥土強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，建筑地基處理技術規(guī)范提供了不同齡期水泥土抗壓強度之間的線性關系：,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、擴大頭部分： 樁周土對擴大頭側壁提供的摩阻力： 擴大頭側壁面積乘以相應土層的摩擦力； 擴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： 當樁周土對下部樁體側壁提供的摩阻力與樁端土體支撐力之和大于樁身強度與下部樁體面積的乘積，取樁身強度與下部樁體面積的乘積； 否則，取樁周土對下部樁體側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，應按照以下要求確定： 當采用單樁載荷試驗時，應將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2； 當無單樁載荷試驗資料時，初步設計時可按下式進行估算。,(一)刺入性破壞模式：,(二)擴大頭“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,如果樁身強度滿足：,且:,單樁極限承載力應由下式確定:,,二、擴大頭“翼緣”下部樁體屈服破壞模式,如果樁身強度滿足：,且:,單樁極限承載力應由下式確定:,,三、樁頂屈服破壞模式,如果樁身強度滿足：,且:,單樁極限承載力應由下式確定:,,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合地基技術規(guī)程 （蘇JG/T024-2007 ）,,S1擴大頭深度范圍內(nèi)復合土層平均壓縮變形量,S2下部樁體深度范圍內(nèi)復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合地基變形計算地基處理后的變形計算應按照現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007-2002的有關規(guī)定執(zhí)行。 復合土層的分層與天然地基相同（在變截面處應分層計算），各復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平均，即：,,目 錄,,施工機械與設備,動力箱體,雙向樁與釘形樁的施工機架與常規(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,,強制性攪拌模擬動畫,當遇到相對較硬土層，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，可以使用強制式攪拌鉆頭。,,試 樁,1.滿足設計要求的試樁,根據(jù)地質(zhì)報告及當?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）進一步確定所選樁型的施工可行性，避免樁機全面進場后發(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，確保收到預期的效果，在施工前必須進行工藝試樁，試樁數(shù)量不少于5根。 試樁的目的是：,（1）提供滿足設計的各種操作參數(shù)。如管道壓力、鉆機提升速度、鉆進速度、攪