使用中形搅拌桩处理三层软弱地基的方法

摘要

本发明公开了一种使用中形搅拌桩处理三层软弱地基的方法：选择在上部、下部为中等压缩性土、中间为软土层的三层软弱地基上布置中形搅拌桩，所述的中形搅拌桩由直径较小的上部、下部小桩和直径较大的中部扩大头组成，上部、下部的小桩设置于上部、下部的中等压缩性土层中，中部扩大头设置于中间的软土层中。中形搅拌桩过桩体直径的变化，形成具有2种置换率的复合地基，在中间工程力学性质较差的软土层中采用较高的桩体置换率，在上部、下部工程力学性质较好的硬土层中采用较低的桩体置换率，对三层软弱地基中的不同土层进行针对性地处理，达到节省工程造价的目的。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，是一种适用于上部、下部为中等压缩性土、中间为软土层的三层软弱地基的处理方法，尤其涉及一种使用中形搅拌桩处理三层软弱地基的方法。

背景技术

水泥土搅拌桩是加固软土地基的有效方法之一，它是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械边钻进边往软土中喷射水泥浆液或水泥粉，并就地将软土和固化剂强制搅拌，通过固化剂和软土之间的物理化学作用，形成强度较高、整体性、水稳性好的水泥土柱体。目前，工程上应用的水泥土搅拌桩大多为等截面搅拌桩，即单桩的桩体直径是相同的。等截面搅拌桩对于土层分布比较均匀的单层软土比较合适，其中桩体置换率是搅拌桩复合地基设计的主要内容之一，一般被加固的软土性质越差，置换率取的越高，软土性质越好，置换率取的越低。但是对于成层分布的多层软弱地基，采用传统的等截面搅拌桩即意味着土体性质不同的多层地基选用相同的桩体置换率，从复合地基的加固机理来说，这是不合适的。

由于历史沉积的原因，在我国不少地方(如江苏徐州地区)存在软土层处于中间的三层软弱地基，上部为中等或低压缩性土、中间为高压缩性的软土层，下部中等压缩性土，底部才是低压缩性的持力层。用水泥土搅拌桩加固这种三层软弱地基时，上部、下部的土层，只需要较低桩体置率置，而中间的高压缩性土层需要较高的桩体置换率，如果采用传统的等截面水泥土搅拌桩，由于中间软土是主要压缩层，整个加固区必须采用较高的桩体置换率，势必造成工程浪费。

本发明针对软土层位于中间的三层软弱地基，提出了中间桩体截面扩大的中形搅拌桩处理的方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种用于上部、下部为中等压缩性土、中间为软土层的三层软弱地基的使用中形搅拌桩处理的方法，本发明能够提高地基的处理效果，从而降低处理成本。

技术方案：一种使用中形搅拌桩处理三层软弱地基的方法：

选择在上部、下部为中等压缩性土、中间为软土层的三层软弱地基上布置中形搅拌桩，所述的中形搅拌桩由直径较小的上部、下部小桩和直径较大的中部扩大头组成，上部、下部的小桩设置于上部、下部的中等压缩性土层中，中部扩大头设置于中间的软土层中。

中形搅拌桩过桩体直径的变化，形成具有2种置换率的复合地基，在中间工程力学性质较差的软土层中采用较高的桩体置换率，在上部、下部工程力学性质较好的硬土层中采用较低的桩体置换率，对三层软弱地基中的不同土层进行针对性地处理，达到节省工程造价的目的。

与现有技术相比，本发明在达到相同处理效果的前提下，可节省20～30％的地基处理工程造价。

附图说明

图1为中形搅拌桩处理三层软弱地基的剖面图。

图2为中形搅拌桩的单桩施工工艺流程图。

其中有：硬土层1；软土层2；小桩3；扩大头4；搅拌叶片5。

具体实施方式

实施例1

一种使用中形搅拌桩处理三层软弱地基的方法：

选择在上部、下部为中等压缩性土层、中间为软土层的三层软弱地基上布置中形搅拌桩，所述的中形搅拌桩由直径较小的上部、下部小桩和直径较大的中部扩大头组成，上部、下部的小桩设置于上部、下部的中等压缩性土层中，中部扩大头设置于中间的软土层中。

在本实施例中，

中形搅拌桩采用梅花形布桩或正方形布桩，并采用叶片可伸缩式搅拌桩机成桩。

本实施例用可伸缩为2种不同直径的搅拌叶片施工成桩，在硬土层中，搅拌叶片收缩为小桩直径，以小桩直径的叶片进行搅拌；在软土层中，搅拌叶片伸展为扩大头直径，以扩大头直径的叶片进行搅拌。其施工步骤具体如下：

a、搅拌桩机就位，搅拌桩机钻头对准桩位；

b、启动搅拌桩机，搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部硬土层底面设计标高；

c、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中间软土层底面设计标高；

d、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部硬土层底面设计标高；

e、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达软土层底面设计标高；

f、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部硬土层底面设计标高；

g、停止喷射固化剂，搅拌叶片保持小桩直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达中间软土层底面设计标高；

h、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片达到上部硬土层底面标高；

i、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达地表或设计标高以上0.5米，完成单桩施工。

本发明选择一块试验场地，该试验场地为上部、下部为中等压缩性土层、中间为软土层的三层软弱地基，上部3.5m为中等压缩性的硬土层，3.5m～7.5m为软土层，7.5m～13m为中等压缩性的硬土层。现场施工的中形搅拌桩的小桩直径为0.5m，扩大头直径为0.9m，扩大头的直径与小桩的直径之比为1.8，上部小桩长度为3.5m，中部扩大头直径为4.0m，下部小桩长度为5.5m，中形搅拌桩复合地基桩间距为1.8m。搅拌桩固化剂为水泥浆，水泥掺入量为13％，水泥浆的水灰比为0.57。

为了确保扩大头和小桩的单位体积固化剂掺入比基本保持一致，在变截面搅拌桩施工时，应调整搅拌桩机的下沉、提升速度、喷射固化剂的次数和速率。

在所述的上部、下部为中等压缩性土层、中间为软土层的三层软弱地基中，中间软土层的土体孔隙比大于1，压缩系数a_1-2大于0.5MPa^-1，压缩模量E_1-2小于3MPa，不排水抗剪强度c_u小于30kPa。上部、下部硬土层的土体孔隙比小于1，压缩系数a_1-2小于0.4MPa^-1，压缩模量E_1-2大于6MPa，不排水抗剪强度c_u大于60kPa。

场地清表，按照设计图纸进行桩位放样，小桩施工时搅拌机下沉和提升速度为0.8米/分，扩大头施工时搅拌机下沉和提升速度为0.6米/分。施工时喷浆速率保持不变，喷浆压力均为0.3MPa，小桩喷射1次水泥浆，扩大头喷射3次水泥浆。具体的中形搅拌桩的单桩施工方法如下(见图2)：

a、搅拌桩机就位，搅拌桩机钻头对准桩位；

b、启动搅拌桩机，搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部硬土层底面设计标高；

c、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达中间软土层底面设计标高；

d、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机提升，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达上部硬土层底面设计标高；

e、搅拌叶片保持扩大头直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达软土层底面设计标高；

f、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机下沉，同时搅拌并喷固化剂，直到搅拌叶片到达下部硬土层底面设计标高；

g、停止喷射固化剂，搅拌叶片保持小桩直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达中间软土层底面设计标高；

h、搅拌叶片伸展为扩大头直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片达到上部硬土层底面标高；

i、搅拌叶片收缩为小桩直径，搅拌桩机提升同时搅拌，直到搅拌叶片到达地表或设计标高以上0.5米，完成单桩施工。

按照以上a～i步骤完成场地内其他单桩施工。

现场开挖以及取芯、标惯试验和芯样的室内试验研究的结果显示：中形水泥土搅拌上、中、下三部分能够结合成为一个完整的整体，桩身完整均匀。在试验场地附近建立常规搅拌桩处理段，桩径0.5米，桩长13米，桩间距1.4米，水泥掺入比为13％，水灰比为0.57，中形搅拌桩处理段和常规搅拌桩处理段的工程地质条件相同，两个处理段的搅拌桩施工结束1个月后，在上面分别填筑了4米高的填土，同时进行了地表沉降观测，沉降稳定时中形搅拌桩处理段的沉降值为83mm，常规搅拌桩处理段的沉降为95mm，这表明中形搅拌桩的处理效果和常规搅拌桩基本相同。但是，在处理面积相等的情况下，中形搅拌桩比常规搅拌桩节省了25.4％的水泥用量。