分散式半刚性桩加固边坡理论与实践1

分散式半刚性桩加固边坡理论与实践1第一页，共46页。

目录边坡工程中“分散式”桩的研究问题

地基处理中理论与实践问题边坡工程中的地基处理问题第二页，共46页。第一部分

地基处理中理论与实践问题

第三页，共46页。

地基处理方法

为了解决软土地基上地基的承载力和稳定性问题，适应工程建设发展的需要，经常采用许多地基处理方法加固地基：如高压喷射注浆法、振冲法、强夯法、深层搅拌法、土工合成材料、强夯置换法、EPS超轻质填料法等许多从国外引进的地基处理技术，并在实践中发展，许多已经在我国得到应用的地基处理技术，如排水固结法、土桩和灰土桩法、砂桩法等也得到不断发展、提高。近20年在工程实践中还发展了许多新的地基处理技术，如真空预压法、锚杆静压桩法、孔内夯扩碎石桩法、低强度桩复合地基法、刚性桩复合地基法等。第四页，共46页。桩类型（基于地基处理）代表性桩柔性桩半刚性桩刚性桩复合桩砂桩碎石桩砂石桩高压旋喷桩水泥搅拌桩夯实水泥土桩浆固碎石桩石灰桩CFG桩钢筋混凝土桩预应力管桩劲芯水泥搅拌桩旋喷桩插芯复合桩砂石桩+预制桩复合桩加固体特性强度粘结强度无低～中等高中抗剪强度低低～中等中～高中～高抗压强度低低～中等高高抗拉强度无低低～中（素砼）高（配筋）低～中（素砼）高（配筋）抗弯强度无低低～中（素砼）高（配筋）低～中（素砼）高（芯桩配筋）刚度抗压刚度低低～中等高高抗弯刚度无低中～高中～高第五页，共46页。桩基按刚度分类：柔性桩-弹性模量低、刚度低、强度低，如无粘结的碎石桩；第六页，共46页。桩基按刚度分类：半刚性桩-与上述两类桩相比：弹性模量居中、刚度居中、强度居中，如水泥土固结体的高压旋喷桩。

本项目的研究对象第七页，共46页。桩基按刚度分类：刚性桩–

弹性模量高、刚度大、强度高，如钢砼桩；第八页，共46页。

柱体式加固方法中的竖向加固体根据桩体材料、有无粘结强度、抗拉压强度差异可分为：散体类柔性桩、有一定粘结强度的半刚性桩、无筋刚性桩、钢筋混凝土桩、复合桩。不同加固材料形成的加固桩体强度特性各异，其破坏模式也不同。复合桩即采用以上多种桩型的组合，常用的有散体类柔性桩与刚性芯桩组合、水泥土桩与混凝土芯桩组合、高压喷射注浆水泥土桩与型钢芯桩（微型桩）组合、布袋砂桩、布袋碎石桩、土工织物袋砂桩等。根据各种桩的抗压、抗剪、抗弯强度特性，各种不同桩型在地基处理中得到了广泛的应用。第九页，共46页。常用的地基处理方法有混凝土钻孔灌注桩、预制桩、水泥土搅拌桩:采用钻孔灌注桩存在着泥浆污染、造价高、质量受多种因素影响的缺点；采用混凝土预制桩存在振动、噪声、挤土及造价相对较高的缺点；采用水泥土搅拌桩存在单桩承载力低、施工质量难控制的缺点。而水泥土组合桩具有单桩承载力高、造价低；施工工艺简单，质量容易控制；施工噪声低、振动小、无土方排出，无须泥浆护壁，无沉渣隐患等优点。在环境保护意识日益增强的今天，这些优势预示着水泥土组合桩广阔的发展前景。水泥土组合桩(复合桩)第十页，共46页。水泥土组合桩的构造水泥土组合桩的4种形式

第十一页，共46页。目前，国内常见的水泥土组合桩可分为4种类型：a将预制钢筋混凝土芯桩插入水泥土搅拌桩内，形成以钢筋混凝土预制桩为硬芯（劲芯）、水泥土为外桩的共同受力的结构体，这种结构充分利用了芯桩和水泥土两种材料，其材料强度得到极好的发挥，是目前最常用的形式;b采用预制混凝土中空管桩（或钢管桩）作为加强体，待管桩压入后，在管桩中部空腔内现浇混凝土，以增加上部桩体强度，提高单桩承载力；c采用沉管灌注桩的设备在水泥土桩中心成孔灌注混凝土形成水泥土组合桩。是新近出现的一种组合桩形式，较a、b两种形式施工更快捷、更简便，而且具有较好的经济性；d采用沉管灌注桩的设备（在沉管内加一小夯锤）在水泥土桩中心成孔灌注混凝土，并在指定位置进行夯扩，进而形成夯扩水泥土组合桩，这是在第c种形式的基础上发展来的，但较之振捣更密实，承载力更高。水泥土组合桩类型第十二页，共46页。由刚性混凝土桩芯将荷载传递给周围的水泥土，然后再由水泥土与外界土层发生侧向摩擦，将荷载传递给周围土层。由于混凝土桩芯强度高，对桩身抗压有利，外包水泥土价廉，且与土有较大的接触面积，故对桩周侧阻力增加有利。桩体上部的荷载传给芯桩，芯桩再通过水泥土与芯桩之间的作用力传给水泥土，然后再传给地基土，这样从芯桩到土体通过水泥土的过渡形成了强-中-弱的渐变过程，形成一种中间强度高四周强度低的合理的桩身结构，充分发挥了芯桩和水泥土桩体的性能，提高了承载力，节约了造价。水泥土复合桩利用大直径的廉价水泥土提供摩阻力和端阻力，由劲芯承担和纵向传递上部荷载。劲芯复合桩可提供承载力不低于同体积的其它刚性桩，而造价仅为其一半，在一定范围内代替造价高，工期长的各种预制，静压桩、钻孔桩。水泥土组合桩荷载传递机理第十三页，共46页。.........水泥土组合桩施工.......................先形成水泥土桩，再打入劲芯桩第十四页，共46页。.........先形成水泥土桩，再打入劲芯桩第十五页，共46页。.........在相互搭接水泥土桩中心再打入劲芯桩(可插筋、钢筋笼、钢管或型钢)形成用于基坑支护复合桩.......................第十六页，共46页。第十七页，共46页。复合桩是一种十分适用于软基处理的经济有效的新桩型，它综合了各种类型单元桩的优点，能据土质情况、上部结构要求、加固目的有针对性地、灵活地采取多种组合方式，调整各种桩的桩径、桩长、掺灰量、强度、颗粒级配、搅拌和复打次数等，使复合桩充分发挥出桩周软土摩阻力和桩底阻力又匹配材料强度而产生的足够高的单桩承载力，且能显著提高桩间土体强度和对承载的参与度，满足不同的设计要求。可对复杂软基中的特别软弱部位针对性地加固，避免了开挖、回填，再打桩的繁琐工序。也可用于基坑支护（与湿喷工法结合）；还有消除或减少地基液化、黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性，可在特殊土地基处理中发挥作用。水泥土组合桩应用范围第十八页，共46页。钢筋砼劲芯水泥土复合桩用于基坑支护时，外芯起止水帷幕作用，且由于劲芯的打入使外芯之间的啮合作用加强，抗渗抗剪效果显著，劲芯中的钢筋（或钢管、型钢）主要起抗剪、抗弯、抗拔作用，其分工明确又协调匹配，工期短造价低，经济技术效果十分明显。劲芯砂石桩多元复合地基中的各种介质协调匹配，刚柔相济大幅度提高了整个地基的强度和均匀性。钢筋砼劲芯砂石复合桩可作刚性单桩使用，其侧摩阻力会高于在软土中直接施打的刚性桩2倍左右，经济技术效果十分明显。水泥土组合桩应用范围第十九页，共46页。复合地基破坏常见模式第二十页，共46页。复合地基破坏模式分析剪坏拉坏压坏弯坏组合破坏第二十一页，共46页。复合地基破坏（可能模式）复合地基中：桩的位置不同、破坏模式不同、抗剪强度不同、对复合地基稳定性影响也不同第二十二页，共46页。复合地基的室内三轴试验结果1林宏达（H.-D.Lin）等（2007）研制了类似真三轴加载的设备，可对立方体土体试样进行变化三个主应力大小的加载，以模拟搅拌桩加固的复合地基的三维受力状态，水泥土桩-土复合试样及加载装置第二十三页，共46页。复合地基的室内三轴试验结果3复合试样不同加载路径（θ为应力洛德角）第二十四页，共46页。复合地基的室内三轴试验结果4受剪破坏受拉破坏第二十五页，共46页。复合地基的室内三轴试验结果5复合试样中桩体不同破坏方式第二十六页，共46页。复合地基的室内模型试验1复合试样中桩体不同破坏方式第二十七页，共46页。复合地基的室内模型试验2复合试样中桩体不同破坏方式第二十八页，共46页。复合地基的现场破坏情况1桩体不同破坏方式第二十九页，共46页。复合地基的现场破坏情况2桩体不同破坏方式第三十页，共46页。复合地基抗剪强度理论分析

当Cu很小或桩体抗剪强度Sp很高时，是否还有其它的起控制作用的破坏模式？Ssp随桩体抗剪强度提高而线性提高；稳定性随桩体抗剪强度提高而线性增加；公式（1）中显示：

复合土层的抗剪强度Ssp:第三十一页，共46页。复合地基的试验与理论计算比较（图）不同置换率复合土体实测与计算抗剪强度第三十二页，共46页。复合地基的试验与理论计算比较分析图中：

Ssp=(1-m)Cu+m*Sp*cosα公式（1）

注：Ssp为复合地基的抗剪强度，文中在此称为复合抗剪强度；Sp为桩体的抗剪强度；α为滑弧切线与水平线的夹角，cu为桩间土的不排水抗剪强度，m为桩面积置换率。分析：三轴拉伸，公式（1）得到了过高的抗剪强度，置换率越大，偏高越大。与公式（1）假设是剪切破坏模式，而实际上复合土样中桩体发生的是受拉破坏有关。三轴压缩，公式（1）得到的结果与试验结果相近。是因为试验中加固体破坏模式与公式（1）假设的剪切破坏模式是一致。因此，假设剪切破坏过高估计了三轴拉伸条件下复合土体的抗剪强度第三十三页，共46页。第二部分

边坡工程中的地基处理问题第三十四页，共46页。应用状况边坡工程中作为抗滑桩对边坡进行治理是最为常见的型式

承受水平荷载刚性桩理论与规范设计方法较为成熟第三十五页，共46页。承受水平荷载

半刚性桩

TtTextText往往以”井”或“工”字型等桩-桩搭接的重力式挡墙的计算模式出现

桩-桩之间

无联接的

“分散式”

处理边坡型式，

国内外很少见到。

第三十六页，共46页。边坡工程中水泥土桩常见分布型式“井”字型“桩-桩”搭接“工”字型第三十七页，共46页。桩-桩之间无联接的“分散式”边坡工程中水泥土桩“分散式”可能分布型式第三十八页，共46页。桩-桩之间无联接的“分散式”空间分布型式第三十九页，共46页。桩-桩无联接的“分散式”与“一”字型搭接式组合型式第四十页，共46页。桩-桩无联接的倒“⊥”字分散式组合型式第四十一页，共46页。在不同边坡部位设置的桩-桩无联接的分散式型式第四十二页，共46页。第三部分

边坡工程中“

分散式”

桩的研究问题第四十三页，共46页。“分散式”水泥土桩存在的理论与实验问题分散式半刚性桩在水平荷载作用下桩土相互作用及破坏模式：基于分析其破坏模式（如拉剪、压剪、纯剪等），研究桩土相互作用（桩土界面滑移、桩土应力分担、荷载传递、沿桩长的抗力分布模式）；分散式半刚性桩加固边坡的计算理论存在的问题；