高压旋喷钢管混凝土桩应用于复杂地基加固处理的应用研究

1.加固基本原理

复合地基是利用机械将喷出物（固化剂、水泥、石灰或加入粉煤灰单一的或混合的）在深厚软土地基的深处与软土强制拌和，通过固化剂与软土发生一系列反应，而形成刚度和强度较大的加固桩体。通过桩的置换作用和应力集中效应而使桩周土体性质得到改善，使桩和桩周土体形成复合地基，共同承担外部荷载。随着水泥土桩复合地基的开展应用，复合地基的概念也随之改变，散体才料的碎石桩复合地基渐渐发展为黏结才料桩复合地基。随着对沉降量要求的逐渐提高，以及各类低强度混凝土桩复合地基的应用，复合地基的概念逐渐延伸。在黏结才料按刚度大小分为刚性桩和柔性桩的基础上，提出柔性桩复合地基和刚性桩复合地基的理论。伴随着土工合成才料在工程上的大规模使用，由竖向增强体延伸到水平向增强体复合地基理论。

2.加固体类型发展

复合地基从最初的碎石桩和砂桩散体才料桩复合地基到水泥土桩和高压旋喷桩半刚性桩复合地基，再到桩和混凝土桩刚性桩复合地基，从等截面复合地基到等截面组合桩复合地基，再到变截面复合地基，复合地基技术得到了充分的发展。随着复合地基发展趋势，未来研究的热点将是几种复合地基组合模式，如变截面组合桩复合地基、等截面与变截面组合桩复合地基。

1）异形变截面桩

锥形桩、扩径桩、多级扩径桩、支盘桩和糖葫芦桩是工程上应用较多的变截面类型桩。竖向承载桩在深厚软土中的承载力主要是由桩侧摩阻力提供的，将桩身设置为变截面类型，可改变普通摩擦桩在桩侧仅承受摩阻力的受力情况，变为由桩周土的摩阻力和支承力提供桩身承载力。相比较等截面桩，变截面桩更加充分地发挥了地基土的承载潜力。

2）预应力管桩

预应力管桩在工厂内预制完成，压桩速度快，且不需要养护及对地基预压固结，可大规模现场施工。锤击法和静压法是我国主要的两种管桩沉桩方法。锤击法是通过重型柴油锤把预制桩打下去，虽然预制桩耐打，但桩身还是会出现裂纹。静压法的抱夹也会对桩身产生破坏。在进行桩身承载力计算时，这两种方法都要将工作系数折减。为了解决这一问题，我国很多单位都在加紧研制钻孔植桩工法，该方法在施工方法上有所改造和创新，减少了桩身破损情况，提高了桩基的耐久性。钻孔植桩法是先用钻孔桩机钻好孔，泥浆护壁，然后预制桩放入孔内，再灌浆固结。缺点是避免不了泥浆满地流。我国钻孔植桩工法主要有三种：中振法、静钻根植施工法、钢套管护壁潜孔锤凿岩的嵌岩植桩法。

3）长短组合桩

小高层建筑荷载大，长短桩复合地基相对于普通的桩基础或刚性桩复合地基来说，它的布桩少，减少断桩和其他环境问题的出现，适用于沿海沿江一带软土上建造多层或高层建筑。长桩也叫刚性桩，一般选用混凝土桩，模量比较大；短桩也叫柔性桩，一般选用水泥搅拌桩等，模量较小。刚性复合地基和柔性复合地基相对于长短桩复合地基来说都存在各自的缺陷：柔性复合地基因其承载力低，对上部结构适应能力差，沉降大；刚性桩复合地基对桩长范围内地基土的承载力要求较高，而在深厚软土地基中软土所能提供的摩阻力很小，容易对桩身才料强度发挥造成浪费，基础底板下的承载力较弱，复合地基难以取得良好的效果。深厚软土地区，通过柔性桩对软土层的加固而使软土层变成天然承载力较高的土层，再按照刚性桩复合地基理论进行设计，这就是刚柔复合地基。刚柔复合地基有着刚性桩复合地基优势，对建筑物上部结构差异沉降控制良好、适应性好，对于软土地区也有较好的适用性，承载力大。长短组合桩具有施工方便、经济合理的优势，能尽量发挥土体和桩的力学性能。

4）刚柔复合桩(www.xing528.com)

该复合桩由水泥桩体和插入桩体的强度较大的桩芯两部分组成；水泥土体侧面提高了复合桩的侧摩阻力，底面的面积提高了桩端的阻力，水泥土桩体的强度不足由强度较高的桩芯来满足，二者的结合大大提高了复合桩的承载力。在沿海地区不同地质的深厚软土地基中，高喷插芯组合桩和劲性搅拌桩等复合桩的研究已经取得了一定的成果。

5）高压旋喷螺旋劲芯钢管复合水泥土桩

桩体由高压旋喷水泥浆与淤泥质土强制混拌而成，桩体制成后再插入螺旋劲芯钢管，从而形成复合水泥土桩。二者结合大大提高了桩体的承载力，弥补了单一桩型的不足之处。

6）加芯搅拌桩

在水泥土搅拌桩基础上发展起来的一种新型加固软土地基的新工法叫作加芯搅拌桩技术。加芯搅拌桩是水泥土成桩后，在水泥土桩内插入或者沉入强度较高、模量较大的混凝土芯桩，芯桩与水泥土桩体共同承受荷载的新型桩型。与普通规格的CFG（Cement Fly-ash Gravel）桩、管桩和钻孔灌注桩相比，其承载力大大提高，且能在设计荷载下对沉降有很好的控制作用。

7）高喷插芯组合桩

它是由高压旋喷桩和预制桩芯构成的高压插芯组合桩（Jet Grouting Soilcement-pile Strengthened Pile，JPP），具有承载力高、造价便宜等优点。刘汉龙等人把JPP桩与灌注桩、高压旋喷水泥土桩做静载试验对比分析表明，JPP桩与同等条件下的灌注桩相比，承载力提高30%以上。桩芯选择比较多样，可选沉管桩、钢管桩等；高压旋喷桩旋喷具有直径大、表面积大的优势，而预应力芯桩有着强度高的特点，二者结合，大大提高了承载力并降低了造价。JPP桩是一种双层扩散模式的方法：上部荷载主要由高强度的桩芯承担，荷载向下传递的同时，通过管桩周围的水泥土向桩周土传递，形成由内芯向水泥土外芯传递荷载以及由外芯向桩周土传递荷载的双层扩散模式。这种模式相对于普通桩体来说，它的传递范围广、影响范围大，使得其承载性能更好。

3.桩土复合地基沉降控制效果

桩土复合地基沉降控制的基本原理是通过桩来传递上部结构的荷载，将其传递至较深的土层，改变土体中的应力分布，减弱上部软弱土层中的附加应力。对于桩的长度而言，它能直接影响土中的附加应力分布以及荷载的传递。刚性桩复合地基是将桩端的持力层放置在较硬的土层中，该土层的压缩模量大，产生的地基沉降也会大大减小。柔性桩复合地基的桩身范围内和桩端持力层等各土层都承担荷载，通过减小局部软弱土层的附加应力，从而减小地基沉降。岩土工程界目前最关心的问题是如何通过桩型的复合地基的选择以及桩的长短的选择来达到经济有效的目的。让桩间土体主动承载、发挥桩土共同作用，以控制地基沉降，其核心就是地基实际沉降量小于允许沉降量。根据这种设计方法，按照不同容许沉降量的要求，减少用桩量。岩土学者对减沉桩理论研究不断深入，积累了大量的经验，不断丰富和完善桩复合地基的实践与理论。

龚晓南指出，增强体刚度与土体的刚度相差很大，不能保证增强体与土体共同承担荷载，不具备复合地基的形成条件。苏克之等以广东地区土为研究对象，证实了这一点，他认为，复合地基中桩的承载力的发挥与土的强度有很大关系，桩体刚度越大，桩顶应力集中越明显，越不利于桩间土承载力的发挥。