复合地基新技术浅谈

摘要：传统的复合地基分为柔性桩复合地基与刚性桩复合地基，柔性桩复合地基造价较低，但加固效果不明显，刚性桩复合地基加固效果较好，但造价较高。本文简要介绍了四种正在逐步推广，实用效果较好的复合地基新技术，相比传统复合地基，它们具有刚性桩加固效果、柔性桩加固费用、技术可靠且经济合理的特点，值得推广。

关键词：复合地基新技术

传统的复合地基分为柔性桩复合地基与刚性桩复合地基。柔性桩复合地基又分为砂桩、灰土桩、碎石桩、水泥土搅拌桩（粉喷桩、浆喷桩）等，加固费用低，但加固效果不明显。成熟的刚性桩复合地基有CFG桩、混凝土灌注桩、预应力管桩等，加固效果好，但造价很高。下面介绍四种正在工程中逐渐推广的新型复合地基加固技术：

1.大直径现浇混凝土薄壁管桩

大直径现浇混凝土薄壁管桩（Thin wall Pipe Pile by using Cast-in-place Concrete，即PCC桩）。该技术的施工特点是：在设备底盘和龙门支架的支撑下，依靠上部振动头的振动力，将双层钢质套管组成的空腔结构及焊接成一体的下部活瓣桩靴沉入预定的设计深度，形成地基中空的环形域，在腔体内均匀灌注混凝土，之后振动拔管，灌注于内管中土体与外部的土体之间便形成混凝土管桩。成模造浆器在沉桩和拔桩过程中，通过压入泥浆保证套管顺利工作。活瓣桩靴在管桩打入时闭合，在拔桩时自动分开。

1.1PCC成桩机理

PCC桩有三种成桩机理：一是模板作用，在振动力的作用下环形腔体模板沉入土中后浇铸混凝土，当振动模板提拔时，混凝土同时从环形腔体模板下端注入环形槽孔内，空腹模板起到了护壁作用，因此不会出现缩壁和塌壁现象，保证了混凝土在槽孔内良好的充盈性和稳定性。二是振捣作用，环形腔体模板在振动提拔时，对模板内及注入槽孔内的混凝土有连续振捣作用，使桩体充分振动密实。同时又使混凝土向两侧挤压，管桩壁厚增加。三是挤密作用，现浇混凝土薄壁管桩在施工过程中由于振动、挤压和排土等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。挤压、振密范围与环形腔体模扳的厚度及原位土的性质有关。

1.2PCC桩适用范围

PCC桩沉桩深度可达25m以上，桩径在1000 ~ 1500mm范围，管桩壁厚100~150mm， 混凝土标号C10-C30，桩间距2.5m－4.0m，一般采用梅花形或方形布置。适用于填土、饱和及非饱和粘性土及具有良好挤密效果的砂土、粉土等土层。但对于深基础来说桩架的要求高，在遇到上方有高压电线等障碍物来说施工不便。目前，已广泛应用于我国江苏、浙江、上海、天津、湖南、河北等多个省市高速公路和市政道路等国家重点工程大面积地基处理，此外，PCC桩在重力式边坡支护结构加固、大型油罐及煤气柜基础处理、污水处理厂大型瀑气池、沉淀池基础处理、江河堤防的地基加固、多层及小高层建筑物地基处理、港口码头、海堤、防波堤等海岸工程也有所应用。

2．浆固散体材料桩技术

因复合地基的加固效果主要取决于桩体的强度和桩间土的承载力，浆固散体材料桩（下称浆固桩）技术，即是在传统碎石桩复合地基的基础上，压力注浆，提高桩体的强度，改善桩间土的性质，以达到提高承载力的目的。该技术利用钻机按设计直径，钻进至设计深度成孔，然后放入注浆管，投放石料。在投放石料的过程中，用注浆管放水清洗钻孔。石料投放完成后进行注浆，固结成桩。浆液除在孔中注浆成桩外，也向周围土体渗透。

2.1加固原理

浆固桩复合地基加固地基的机理是浆液除在孔内与桩体骨料固结成桩，浆液还会部分渗入土体，改善桩周天然土的性质。复合地基加固区由一般刚性桩复合地基简单的两部分（桩体和天然土体）扩展到注浆桩复合地基的三部分（桩体、浆液渗透加固体和天然土体），达到更好的提高地基承载力和减少地基沉降的复合效果。

2.2浆固桩适用范围

浆固桩是一种引入注浆技术的软基处理方法，将注浆技术与碎石桩技术相结合，成桩直径为300～700mm，桩长一般在35m以内。由于施工机械高度不高，因此不受现场空间限制。桩体材料除了可用碎石之外还可使用城市废弃的粉碎后的砖块，既废物利用又保护了环境。

目前，已经应用于浙江杭千高速公路、浙江宁波绕城高速公路、浙江甬台温沿海铁路等国家重点工程大面积地基处理，取得显著的社会经济效益。

3．竖向加筋碎石桩技术

竖向加筋碎石桩技术是为提高碎石桩承载力的又一新方法。碎石桩工作时需要一定的径向约束力，如果地基土强度过低(一般认为不排水剪强度Cu

3.1加固原理

有三种作用，一是加筋的约束作用，加筋后，约束了桩体上部变形，使荷载传递到桩体下部四周土体以及下卧层上，减小复合地基沉降；二是桩体的置换作用，桩身在加筋的约束下，桩身模量远大于桩间土，地基中应力将按模量大小进行分配，应力向桩上集中，应力沿桩身向下四周横向扩散，使应力分布趋于均匀；三是排水作用，碎石桩缩短了孔隙水的水平渗透途径，促进了土中孔隙水压力的消散，提高了饱和粘性土排水固结的能力，使沉降稳定加快。

3.2 工程应用

宁波绕城高速公路软基加固工程中，进行了竖向格栅加筋碎石桩的现场试验，目的是验证格栅碎石桩的技术可行性以及格栅套筒长度对桩身承载性状的影响。碎石桩长度为8m桩径为40cm，格栅套管直径为40cm，考虑到径向变形影响范围主要在桩基的上部，因此，设计格栅套管的长度分别为0m、2m、3m三个工况。碎石桩采用正方形的布置形式，桩体材料选用粒径为20～40mm(最大粒径小于60mm)的碎石，格栅套管孔径50mm。结果如图：

由此图可见，桩身承载力在有格栅时得到了很大提升，但格栅套管长度分别为2m与3m时，对提高桩身承载力的效果相差不大。

4、复合加筋排水褥垫技术

排水固结法是处理软土基的有效方法之一。为了加速排水固结作用进程，在预压前往往先再地基中设置排水通道，包括竖向的塑料排水带、水平向的砂垫层等。而在我国东部沿海地区，由于部分地区砂土比较缺乏，给软基加固工程的顺利进行带来诸多不便，基于此，同时具有水平排水和加劲作用的复合加筋排水褥垫应运而生，褥垫主要由条状塑料褥垫、针刺无纺布、连接槽、扒钉四部分组成。

有研究表明，复合加筋排水褥垫层对软弱地基有较强的适应能力，地基越软弱、路基高度越低时，加筋效果越明显。同时，对东部沿海地区而言，可节省约40%的造价。

结语：

追求一种“效果显著、造价低廉、技术可靠”的桩基技术是复合地基新技术研发的宗旨，本文从改良传统地基加固技术的角度仅选取了四种相对成熟的复合地基新技术进行了论述，旨在点出复合地基技术与新材料、新工艺紧密结合的特点，为广大专业设计人员抛砖引玉。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看