更新时间:2022-08-25 14:38
夯实桩是指将水泥和土按设计的比例搅拌均匀,在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体,并与桩间土组成复合地基的一种地基处理方法。
夯实桩复合地基技术由1991年中国建筑科学研究院地基基础研究所开发研究,其后与河北省建筑科学研究院一起,对该桩的力学特性、适用范围、施工工艺及其特点进行了详细研究。
夯实桩主要材料为土,辅助材料为水泥,水泥使用量为土的1/8~1/4,成本低廉。承载力可提高50%~100%,沉降量减少。
1998年,该项成果列为国家及科技成果重点推广计划,2000年列为建设部科技成果专业化指南项目。
1、夯实桩成孔桩机具简便多样。其成孔可采用人工掏土或机械成孔。机械成孔可采用螺旋钻孔机钻孔、机械洛阳铲成孔、夯扩机或挤土机具成孔,机具简单。夯实机机具具有简便、轻巧、灵活特点,且多采用人工夯锤、夹板式夯实机,吊锤式夯实机,采用机械进行夯实,施工质量便于控制,施工速度快。
2、成桩材料来源广、成本低。夯实桩不使用钢筋、碎石、砂等材料,其主要材料为土,辅助材料为水泥。基础开凿土和成孔钻出来的土即可使用。水泥使用量为土的1/8-1/4.故该项工艺成本低廉,且形成的中等粘结强度的刚性桩体,其单方成本为混凝土桩的1/5-1/2,具有很高的性价比。
3、有利于环保、无污染。该项工艺避免了常规桩基础施工的噪音,以及污染排放对环境的污染。施工中无噪音、无污染排放,施工完毕后不产生废弃物和建筑垃圾。
4、水泥土桩具有较好抗冻性,成桩后冻结对桩体不产生较大的强度降低。
5、适用土层广泛。该项工艺可应用于多种松散、软弱地基的工程处理,应用该技术对地基进行加固和改良,可大幅度提高地基承载力并且减少地基变形,被广泛应用于工业与民用建筑、公路交通工程的地基处理。
6、质量容易控制。现场成孔成桩多采用机械操作,易于掌握和控制,此外,拌和料现场拌和,可按设计要求监理和监督。
7、承载力高、变形量小。经夯实桩处理的工程,承载力均有大幅度提高,一般可提高50%-100%;变形量有明显的减少,地基的不均匀沉降很小。
(1)由于夯实桩的桩体材料是将水泥和土在孔外充分拌和,因此,桩体在桩长范围内是基本均匀的,而且桩体强度不受场地土岩性变化的影响。
(2)由于夯实水泥土成桩是将孔外拌和均匀的水泥土混合料回填桩孔并强力夯实桩体,其强度与天然体强度相比有一个很大的增量,这一增量既有水泥的胶结强度,又有水泥土密度增加产生的密实强度。而搅拌桩的桩体密度在拌和后强度增加很少,桩体强度主要取决于水泥的胶结作用。
(3)由于夯实水泥土中选用的土料是工程性质较好的土,而形成的水泥土搅拌桩的原位土体通常是含水量高、强度低的不良工程性质的软土,所以,即使采用相同的水泥掺量,夯实桩的桩体强度也要比水泥土搅拌桩的桩体强度高出很多。
夯实桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。当采用洛阳铲成孔工艺时,深度不宜超过6m。
当有地下水时,适用于渗透系数小于10-5cm/s的粘性土以及桩端以上0.5~1.0m范围内有水的地质条件。对含水量特别高的地基土,不宜采用夯实桩处理。
夯实桩施工可选择人工成孔和机械成孔,机械成孔可采用机械洛阳铲成孔、长螺旋钻机成孔、夯扩机或挤土机成孔。
夯实桩形成中等粘结强度桩,属于半刚性桩复合地基。应设置褥垫层,通过褥垫层调整作用,保证复合地基中桩土共同承担荷载。
夯实桩复合地基主要是通过桩体置换作用来提高地基承载力。当天然地基承载力小于60kPa时,可考虑夯填施工对柱间土挤密作用。
(1)夯实桩受力特点
夯实桩具有一定的强度,在垂直荷载作用下,桩身不会因侧向约束不足发生膨胀破坏,桩顶荷载可以传入较深的土层中,从而充分发挥桩侧阻力作用。但由于桩身强度不大,桩身仍可发生较大的压缩变形。
由于桩身的可压缩性,桩的承载力发挥要经历桩身逐段压密,侧阻力逐渐发挥,最后才是桩端承载力开始发挥的过程。
(2)桩土应力比
随着荷载的增加,桩土应力比增加,曲线呈上凸形,至桩身屈服破坏时,桩土应力比达到峰值,可以认为桩体达到极限荷载。在桩身屈服后,桩土应力比随着荷载的增加而降低,并渐趋于较稳定的数值。说明在水泥土桩复合地基中,水泥土桩体的破坏将引起整个复合地基的破坏。
1、夯实桩化学作用机理
(1)水泥的水化水解反应;
(2)水泥土的离子交换和团粒化作用;
(3)水泥土的硬凝反应。
2、夯实桩物理作用机理
水泥土桩混合料搅拌均匀、填料后,经外力机械分层夯实,桩体进一步密实和均匀。随着夯击次数及夯击能的增加,使混合料干密度逐渐增大,强度明显提高。
部分桩基础两侧、箱形基础下部及两侧和少量路基段采用夯实桩的处理方法,夯实桩按正三角形布置,桩径0.4米,桩间距1. 2~1.5米,桩间距由密到疏进行渐变;水泥与土的实方比为1:6;桩体28天无侧限抗压强度不低于3.0MPa,90天单桩承载力不小于160kN,单位复合地基承载力不小于150kPa。
1)施工准备
①现场取土,确定原位土土质与含水量是否适宜做水泥土桩混合料。
②现场成孔试验,确定成孔可行性。试桩数量不得少于2根。
2)桩材制备
①宜采用32.5或42.5级矿渣水泥或普通硅酸盐水泥。使用前做强度及安定性试验。严禁使用受潮、结块、变质水泥。
②夯实桩的土料宜采用粘性土、粉土、粉细砂或渣土,选用原位土作为混合料时,土料中有机质含量不得超过5%,不得含有冻土或膨胀土,使用时应过10~20mm筛。
③混合料按设计配合比配置,一般可采用水泥:混合料=1:5~7(体积比)的比例试配。
④混合料含水量应满足土料的最优含水量wop(室内击实试验确定),其允许偏差不得大于±2%。土料与水泥应拌和均匀,水泥用量不得少于按配比试验确定的重量。
⑤混合料采用强制式混凝土搅拌机或人工进行拌合,搅拌后混合料应在2h内用于成桩。
1、测放轴线和桩位
轴线测放由建筑施工单位负责。桩位测放由我院负责。桩位布置与设计位置误差不大于5cm,经甲方或监理验收符合要求后方能施工。
2、成孔
采用长螺旋钻机成孔。桩孔深度不应小于设计深度,并保证孔径的尺寸符合要求。桩孔直径允许偏差为-2cm,桩孔中心差为10cm,桩孔垂直度允许偏差为1.5%。
1)非挤土法成孔
多用于原土已经固结、没有湿陷性和振陷性的土。常用的成孔机具有人工洛阳铲、长螺旋钻孔机。
2)挤土法成孔
常用的成孔方法有锤击成孔、振动沉管和干法振法器成孔。
3)成孔施工注意事项
①桩孔按设计图纸定位钻孔,桩孔中心偏差不应超过桩径设计值的1/4,对条形基础不得超过桩径设计值的1/6。
②桩孔垂直度偏差不应大于1.5%。
③桩孔直径不得小于设计桩径,桩孔深度不得小于设计深度。
3、筛土
灰土桩用土原则上使用成孔取出的好土。当土的含水量不满足生产要求时,应采取换土。当土料不够时应选用其它的粘性或粉土。其土料应过20—25mm筛或粉碎,防止大颗粒土块和杂物与灰拌合。
4、拌合与回填
过筛土与水泥拌合按1:6配制,含水量与最优含水量允许偏差±2%。一般人工拌合时,拌合次数不少于3遍。拌好的水泥土料需在两小时内填入孔内,以确保桩体强度。
5、夯实
为了保证桩体密实度和强度,采用机械夯机夯实,夯机就位时要严格控制使夯锤中心与孔中心对准。采用3填料3夯击的施工方法,每次投料厚度约50mm。填料前先夯实孔底,然后分层回填拌合料并夯实。
桩孔夯填可用机械夯实,也可用人工夯实。常用夯填工艺有:夹板自落夯实机成桩、夹管自落夯实机成桩、人工夯锤夯实成桩、卷扬吊锤夯实机成桩等。
1)夯填桩孔
①夯填桩孔时,用机械夯实,分段夯填。向孔内填料前孔底必须夯实。
②填料厚度≤50cm,夯锤质量≥150kg,提升高度≥70 cm。
③做现场制桩试验,混合料压实系数λc≥0.93。
④桩顶夯填高度大于设计桩顶标高200~300mm,垫层施工时将其凿除。
⑤施工过程中,应有专人检测成孔及回填夯实质量,并做好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符时,应查明情况,采取有效处理措施。
⑥雨期或冬期施工时,应采取防雨、防冻措施,防止土料和水泥受雨水淋湿或冻结。
2)垫层施工
垫层材料应级配良好,不含植物残体、垃圾等杂质。为了减少施工期地基的变形量,垫层铺设时应分层夯压密实,夯填度不得大于0.9,垫层施工时应严禁扰动基底土层。
6、水泥土桩自检
在施工过程中,采用轻便触探检测桩体夯实质量,随机抽样量为总桩数的2% 。30cm击数大于40击。检查压实系数是否满足要求。
1、桩体夯实质量的检测
采用轻便触探检测桩体夯实质量,抽检的桩位在成桩过程中进行随机抽取,抽检的数量应为已成桩数量的2%以上,要求自桩顶向下作三步,每步300mm,每步的平均击数不应低于40击,当出现不合格品时,及时通知技术负责人,采取相应措施加以解决。
夯实桩桩体夯实质量检查应在成桩过程中随时随机抽取。抽样检查数量不应少于总桩数的2%。
对一般工程,可检查桩的干密度和施工记录。干密度检验方法可在24h内采用取土样测定或采用轻型动力触探捶击数N10与现场试验确定的干密度进行对比,以判断桩身质量。
2、复合地基承载力检验
从成桩到开始试验的间歇时间原则上应为28天,当工期较紧时不应少于15天,根据甲方、监理、设计共同研究本栋楼载荷试验的点位。
夯实桩复合地基竣工验收时,承载力检验可采用单桩复合地基载荷试验,对重要或大型工程尚应进行多桩复合地基载荷试验。
单桩复合地基载荷试验宜在成桩15d后进行。静载荷试验点为总桩数的0.5%-1.0%,且每个单体工程检验数量不应小于3个试验点。
夯实桩复合地基载荷试验完成后,当以相对变形确定夯实桩复合地基承载力特征值时,对以粘性土、粉土为主的地基,可取载荷试验沉降比s/b(或s/d)等于0.01时所对应的压力值;对以卵石圆粒、密实粗中砂为主的地基,可取载荷试验沉降比s/b(或s/d)等于0.008时所对应的压力值。
3、工程验收
工程验收应提交资料主要包括下列内容:
(1)地基处理竣工报告
(2)夯实桩施工及竣工平面图
(3)水泥材料检验报告
(4)水泥土桩载荷试验报告
(5)设计变更通知书、事故处理记录
(1)施工前对参加施工人员进行安全教育、增强安全意识、提高管理及操作人员的安全素质。
(2)施工期间、兼职安全员负责随时进行安全检查与监督工作,发现不安全因素或可能存在的隐患及时排除,并采取相应的预防措施。
(3)生产、生活用电,由电工专人负责,并应安置漏电保护器,并应符合安全用电的有关管理规定。
(4)各种设备的操作由指定上岗人员担任,对所用的设备、仪器及时进行安全检查,发现问题及进处理。
(5)进场人员严格遵守甲方厂规、厂纪和卫生与安全管理办法。
遵守国家有关环境保护的法律、法规,有效控制现场各种粉尘、废水、固体废弃物以及噪声、振动对环境的污染和危害。
1、经常进行环境保护教育,提高现场施工人员环境保护意识,做到人人讲环保、事事重环保。
2、防治施工噪声污染
(1)合理安排施工工序,将容易产生噪音的工序安排在对周边群众生活影响最小的时段进行。
(2)对产生噪声和振动的施工机械、机具,应采取消声、吸声、隔声等有效控制和降低噪声。
(3)夜间运输车辆进入施工现场,严禁鸣笛,装卸材料应做到轻拿轻放。
(4)对因生产工艺要求或其他特殊需要,确需在当日22时至次日6时期间进行有噪声工作的,施工前应会同建设单位到有关部门提出申请,经批准后方可进行夜间施工,并公告周边居民。
3、防止大气污染
(1)对施工现场裸露的地面应当经常洒水,对水泥、土方、消解的白灰等粉尘源进行覆盖、遮挡。
(2)从事土方、渣土和施工垃圾运输应采取密闭式运输车辆或采取覆盖措施。
(3)严禁在施工现场焚烧含有有毒、有害化学成分的废料、油毡、油漆、垃圾等各类废弃物。
4、防治固体废弃物污染。施工车辆运输砂石、土方、渣土和建筑垃圾时,必须采取密封、覆盖措施,避免泄露、遗撒,并按指定地点倾卸,防止固体废物污染环境。
5、防止废水污染。施工现场应设置排水沟及沉淀池,现场废水不得直接排入市政污水管网和河流。
6、防止市容污染。施工现场出入口处应采取保证车辆清洁的措施,避免轮胎带泥污染街道。
7、建立与周围社区定期联系制度,听取意见,对合理的意见应采纳处理,并做好相关记录。