一种适用于沿海深厚吹填土地基处理的复合桩型结构及施工方法与流程

本发明涉及一种适用于沿海深厚吹填土地基处理的复合桩型结构及施工方法。

背景技术：

我国拥有18000km的海岸线，沿海有辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建、台湾、广东、广西和海南等12个省、市、自治区，海涂非常发育，开发潜力大。同时，随着我国沿海城市经济建设的迅猛发展，沿海地区人口越来越多，对土地的需求量也越来越大，而利用沿海潮间带淤泥滩地填海造陆则是缓解土地资源紧张局面的有效途径。据初步统计，新中国成立以来我国已围海造地约1.2万公顷，相当于现有滩涂面积的55％，用吹填淤泥填海造陆已成为沿海城市土地开发的重要手段。特别是在港口建设中，一方面，港口后方陆域的形成需要大量的工程填料，另一方面，航道与港池的扩建又需要挖除大量的海底淤泥，若将挖除的淤泥用于填海造陆，不仅能大大降低近海抛泥弃淤对海洋环境的污染，还能够节约造陆工程成本。

围海造陆通常采用吹填方式形成，首先建造围捻工程，将浅海进行合围，形成固定的吹填区域，然后，将疏浚航道底泥或浅海淤泥与海水以一定的比例混合成泥浆，并用吹管将其输送至吹填区域，经落淤、泌水、固结后形成陆域，因此，吹填淤泥具有特殊的工程性质——高含水率、高压缩性、高孔隙比、高灵敏度、结构性差、固结程度低等。吹填土地基一般不能满足工程需要，必须经过加固处理才能使用。

对于吹填土地基，为满足地基承载力和变形控制的要求，一般可采用堆载预压法、真空联合堆载预压法、强夯法、水泥搅拌桩、挤密碎石桩、预制管桩、低强度桩复合地基法等，这些工法在吹填土地基中都起到一定的作用，但都有其适用范围，存在着一定的局限性。堆载预压受到工期限制，深层水泥土搅拌桩则受到搅拌处理深度和工后沉降等限制，预应力钢筋混凝土管桩则易受后期地基沉降诱发的桩侧负摩阻力作用而出现承载力降低，且受其工程造价的限制，所以常用的地基处理方法并不能同时满足承载力、变形控制和节约造价的要求。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提供一种适用于沿海深厚吹填土地基处理的复合桩型结构及施工方法，即可满足承载力和变形控制的要求，又能缩短工期。

技术方案：一种适用于沿海深厚吹填土地基处理的复合桩型结构，包括预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩及上部褥垫层；所述预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩沿横向和纵向依次交替间隔布置，所述预应力混凝土薄壁空心方桩的底部打入地基持力层；所述预应力混凝土薄壁空心方桩的上部设置钢筋混凝土承台，所述钢筋混凝土承台顶面与钉型双向搅拌粉喷桩顶面处于同一高程，所述褥垫层所述铺设在预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩的顶部，所述褥垫层中间铺设钢塑格栅。预应力混凝土薄壁空心方桩可有效控制上部荷载至下部持力层，进而控制吹填土地基变形量。钉型双向搅拌粉喷桩较常规水泥土粉喷桩，能够充分利用土中应力传递规律，增强土体上部复合地基强度，大大提高单桩承载力，同时还能提高上部桩体置换率，增大桩间距，节省工程造价。褥垫层设置能够改善复合地基中预应力混凝土薄壁空心方桩、钉型双向搅拌粉喷桩以及桩间土的共同作用特性，减少预应力混凝土薄壁空心方桩的应力集中，使得钉型双向搅拌粉喷桩和桩间土在受荷初期便参与承担荷载，保证桩土能够共同承担荷载。

进一步的，所述预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩的桩位纵横等间距布置；横向或纵向成排的钉型双向搅拌粉喷桩中，相邻的两个钉型双向搅拌粉喷桩的中间位置还设加设有一个钉型双向搅拌粉喷桩，所述钉型双向搅拌粉喷桩的长度为吹填土地基厚度的1/3～1/2。

进一步的，所述预应力混凝土薄壁空心方桩的边长为0.45～0.6m，内径为0.25～0.35m，桩间距为3.0～3.6m；所述钉型双向搅拌粉喷桩的上部扩大头桩径为0.8～1.0m，所述扩大头高度4～6m，钉型双向搅拌粉喷桩的下部桩径为0.5～0.6m，桩间距为1.5～1.8m。

进一步的，所述预应力混凝土薄壁空心方桩上部的钢筋混凝土承台边长为1.6～1.8m，厚度0.4～0.5m，为现浇或预制的钢筋混凝土承台。

进一步的，所述褥垫层采用碎石分两层进行铺设，所述褥垫层的厚度不少于50cm，在褥垫层的底部和中间层各铺设一层所述钢塑格栅。

一种适用于沿海深厚吹填土地基处理的复合桩型结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤1，在沿海深厚吹填土地基区域确定预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩的桩位，所述预应力混凝土薄壁空心方桩的桩位和钉型双向搅拌粉喷桩的桩位沿横向和纵向依次交替间隔布置；

步骤2，预应力混凝土薄壁空心方桩的施工：

预应力混凝土薄壁空心方桩施工从加固区中心向两侧布桩，接桩均采用钢端板焊接法焊接，焊好的桩接头在自然冷却采用静压法或者锤击法开始施打，施工过程中桩身垂直度偏差不大于0.5％，所述预应力混凝土薄壁空心方桩的底部打入地基持力层，所有预应力混凝土薄壁空心方桩施工完毕后，桩顶高差应控制在15cm以内；

步骤3，钉型双向搅拌粉喷桩的施工：

钉型双向搅拌粉喷桩施工从加固区中心向两侧布桩，钉型双向搅拌粉喷桩上部扩大头采用四搅两喷施工工艺，下部桩体采用二搅一喷施工工艺；其中，施工工艺参数为：水泥采用42.5矿渣水泥，水泥掺入量为被加固湿土质量的12％～20％，钻进速度1.0～1.2m/min，提升速度0.5～0.8m/min，旋转速度30～50转/min，钻进时喷灰压力0.4～0.7MPa；

步骤4，在每个预应力混凝土薄壁空心方桩顶部采用现浇方法设置钢筋混凝土承台；

步骤5，褥垫层的施工：

在钢筋混凝土承台养护若干天后，在桩顶铺设碎石垫层，碎石垫层共分两层进行铺设，先在底部铺设一层钢塑格栅，再铺设一层碎石垫层，经碾压后铺设第二层钢塑格栅，再铺设一层碎石垫层，经碾压后即完成碎石垫层的铺设。

进一步的，所述预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩的桩位纵横等间距布置；横向或纵向成排的钉型双向搅拌粉喷桩中，相邻的两个钉型双向搅拌粉喷桩的中间位置还设加设有一个钉型双向搅拌粉喷桩。

进一步的，所述预应力混凝土薄壁空心方桩的边长为0.45～0.6m，内径为0.25～0.35m，桩间距为3.0～3.6m；所述钉型双向搅拌粉喷桩的上部扩大头桩径为0.8～1.0m，所述扩大头高度4～6m，钉型双向搅拌粉喷桩的下部桩径为0.5～0.6m，桩间距为1.5～1.8m。

有益效果：

1.预应力混凝土薄壁空心方桩处理深度大，能够加固深层的软土，从而大幅度地减小地基变形；和预应力管桩相比，相同体积混凝土形成的方桩外表面积大，且由于外形呈方形或多边角型，在土层中桩体与土的休止角比圆形的表面大的多，使得在同等地质条件下，方桩能获得更大的承载力。预应力混凝土薄壁空心方桩内部形成的土塞可以进一步提高桩体承载力。在预应力混凝土薄壁空心方桩顶部设置的钢筋混凝土承台可以调整桩土荷载分担比，充分发挥预应力混凝土薄壁空心方桩的高承载力性能。

2.钉型双向搅拌粉喷桩基于复合地基应力传递与承载优化原理，提高上部桩体置换率，重点加固上部附加应力大的软土层。和普通等截面水泥土粉喷桩相比，钉型双向搅拌粉喷桩可以增加桩土锚固效果，在保证承载力的前提下，增大桩间距，节约工程造价。

附图说明

图1复合桩型横断面示意图；

图2复合桩型俯视示意图。

具体实施方式

用于沿海深厚型吹填土地基处理的新型复合桩型，包括预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩及上部褥垫层。预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩桩位依次纵横等间距间隔设置，隔排设预应力混凝土薄壁空心方桩，且同排的预应力混凝土薄壁空心方桩与钉型双向搅拌粉喷桩相互间隔设置。横向或纵向成排的钉型双向搅拌粉喷桩中，相邻的两个钉型双向搅拌粉喷桩的中间位置还设加设有一个钉型双向搅拌粉喷桩，并使得复合桩型结构的外层均为钉型双向搅拌粉喷桩，如图2所示。

如图1所示，钉型双向搅拌粉喷桩的长度为吹填土地基厚度的1/3～1/2。预应力混凝土薄壁空心方桩的边长为0.45～0.6m，内径为0.25～0.35m，桩间距为3.0～3.6m；钉型双向搅拌粉喷桩的上部扩大头桩径为0.8～1.0m，扩大头高度4～6m，钉型双向搅拌粉喷桩的下部桩径为0.5～0.6m，桩间距为1.5～1.8m。预应力混凝土薄壁空心方桩上部的钢筋混凝土承台边长为1.6～1.8m，厚度0.4～0.5m；褥垫层的厚度不少于50cm。

本实施例中，预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩在平面上呈正方形布置，桩间距为1.7m，预应力混凝土薄壁空心方桩桩间距为3.4m。预应力薄壁方桩尺寸为0.45×0.45m，内径为0.25m，混凝土强度等级C80，桩长为38m，打入持力层1m。预应力混凝土薄壁空心方桩顶部采用尺寸为160×160×40cm的现浇钢筋混凝土承台，混凝土等级为C30。钉型双向搅拌粉喷桩桩长为15m，上部扩大头桩径为0.9m，高5m，下部桩径为0.5m，桩长11m。钢筋混凝土承台顶面与钉型双向搅拌粉喷桩顶面处于同一高程。预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩顶部设置褥垫层。预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩上部铺设50cm的碎石垫层，分两层进行铺设，底层和中间层各铺设一层钢塑格栅。

适用于沿海深厚吹填土地基处理的复合桩型结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤1，在沿海深厚吹填土地基区域确定预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩的桩位，预应力混凝土薄壁空心方桩的桩位和钉型双向搅拌粉喷桩的桩位沿横向和纵向依次交替间隔布置，并使得复合桩型结构的外层均为钉型双向搅拌粉喷桩。

步骤2，预应力混凝土薄壁空心方桩的施工：

预应力混凝土薄壁空心方桩施工从加固区中心向两侧布桩，接桩均采用钢端板焊接法焊接，焊好的桩接头在自然冷却采用静压法或者锤击法开始施打，施工过程中桩身垂直度偏差不大于0.5％，预应力混凝土薄壁空心方桩的底部打入地基持力层，所有预应力混凝土薄壁空心方桩施工完毕后，桩顶高差应控制在15cm以内。

步骤3，钉型双向搅拌粉喷桩的施工：

钉型双向搅拌粉喷桩施工从加固区中心向两侧布桩，钉型双向搅拌粉喷桩上部扩大头采用四搅两喷施工工艺，下部桩体采用二搅一喷施工工艺。其中，施工工艺参数为：水泥采用42.5矿渣水泥，水泥掺入量为被加固湿土质量的12％～20％，钻进速度1.0～1.2m/min，提升速度0.5～0.8m/min，旋转速度30～50转/min，钻进时喷灰压力0.4～0.7MPa，内钻杆电流为20～30A，外钻杆电流为60～100A。

具体施工过程：

(1)粉喷桩机定位；

(2)切土下沉，同时开启送灰泵向土体喷水泥粉，两组叶片同时正、反向旋转下沉，直到扩大头设计深度；

(3)收缩叶片，两组叶片同时正、反向旋转，搅拌机持续下沉，直到设计深度；

(4)提升搅拌，关闭送灰泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，至扩大头底面标高；

(5)伸展叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径900mm；搅拌机提升，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm；

(6)切土下沉，同时开启送灰泵，向土体喷水泥灰，两组叶片同时正、反向旋转切割、搅拌土体，直到扩大头设计深度；

(7)提升搅拌，关闭送灰泵，两组叶片同时正反向旋转搅拌水泥土，直到地表或设计桩顶标高以上50cm，完成单桩施工。

步骤4，在每个预应力混凝土薄壁空心方桩顶部采用现浇方法设置钢筋混凝土承台。具体施工过程为：先在桩顶绑扎钢筋笼，设置现浇模板，再进行混凝土浇筑，待混凝土凝固后拆除模板。

步骤5，褥垫层的施工：

在钢筋混凝土承台养护7天后，在桩顶铺设碎石垫层，碎石垫层共分两层进行铺设，先在底部铺设一层钢塑格栅，再铺设一层25cm的碎石垫层，经压路机碾压后铺设第二层钢塑格栅，再铺设一层25cm的碎石垫层，经碾压后即完成碎石垫层的铺设。

本发明在满足地基承载力和变形控制的前提下，为节约工程造价，将预应力混凝土薄壁空心方桩和钉型双向搅拌粉喷桩联合应用来处理深厚吹填土地基，形成多元复合地基技术。一方面，预应力混凝土薄壁空心方桩处理深度大，能够加固深部的软土层，从而大幅度地减小工后沉降；同时预应力混凝土薄壁空心方桩内部形成的土塞可以提高桩体承载力。另一方面，钉型双向搅拌粉喷桩基于复合地基应力传递与承载优化原理，重点加固上部附加应力大的软土层，提高上部桩体置换率，解决地基承载力与稳定的问题。同时预应力混凝土薄壁空心方桩顶部设置的钢筋混凝土承台可以用来调整桩土荷载分担比，充分发挥预应力混凝土薄壁空心方桩的高承载力性能。此外，碎石垫层能够改善复合地基中预应力混凝土薄壁空心方桩、钉型双向搅拌粉喷桩以及桩间土的共同作用特性，减少预应力混凝土薄壁空心方桩的应力集中，使得钉型双向搅拌粉喷桩和桩间土在受荷初期便参与承担荷载，保证桩土能够共同承担荷载。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。