素混凝土桩在高层住宅地基处理中的应用

摘    要：素混凝土桩施工技术在当前建筑工程领域的应用比较广泛，对控制软土地质结构中地基的沉降具有积极作用，能够适用住宅标准规范内的各级载荷要求。

关键词：素混凝土桩;高层住宅;地基处理;应用

1  前言

素混凝土桩施工技术在提高地基载荷能力和降低地基沉降等方面具有一定作用，并且在厚度较深的软土区域中使用此技术可获得很好的经济和社会效益。一般情况下，在厚度较深的软土区域中，建筑沉降值较大，在经过特殊的施工处理后，既能满足沉降形变要求，也可达到载荷能力的标准要求。

2  素混凝土桩工程特性分析

素混凝土桩是在碎石桩中混入一定的中砂和水泥，加水后搅拌均匀而形成的一种具有较高粘结特性的刚性桩体。素混凝土桩复合地基具有较好的载荷能力，与常规的桩基相比其载荷能力可提高一倍以上，其形变模量较高，载荷能力随桩体长度、直径、桩距以及垫层厚度等参数的改变而改变，载荷能力具有较好的伸缩性。素混凝土桩依据配合比的不同，其桩体强度的调节范围在C5～c20之间。素混凝土桩属于具有一定强度的刚性桩，其工程特性与散体碎石桩截然不同，无需依靠周边土体的约束力便可将纵向载荷传递到持力层以上。由于上方载荷的作用，素混凝土桩因压缩而产生的形变远小于周边土体的形变，桩体沿下卧层穿入使得其与桩周土体共同承担载荷，在共同形变的作用下载荷渐渐向桩体项部转移，因此在一定程度上减弱了复合地基的沉降程度，使得桩体具有良好的载荷能力。

3  素混凝土桩施工工艺要求

3.1  成孔工艺

（1）回旋钻机成孔法。在完成孔清洗工序后，加入适当的混凝土原料，此种方法能够实现深度钻孔，对于较硬的土层和密砂层均十分有效。其不足之处是施工过程中产生的泥浆量较大，增加了泥浆运输的成本，对施工的效率会带来一定的不利影响。

（2）振动后灌注混凝土法。施工过程中的扰动可能对已成桩的质量带来一定的影响，应在各桩体之间保持特定的间距，可通过隔行跳打的方式进行，这种方法对周边环境影响较大。上述两种施工工艺各自有实际的用途。

3.2  成孔施工过程

以素混凝土桩回旋钻机成孔为例，此方法较适用于软弱土质且钻机深度在30m以内的情况。对于容易塌孔或钻进困难的土层，在回旋钻机成孔的施工中要慎重。回旋钻机成孔施工过程为：（1）由桩体直径、长度以及地基的实际情况来选取合适的桩机型号。（2）在放样定位之后，按照由慢到快的速度钻进成孔.在此过程中如果遇到钻杆失稳等情况时应放慢进尺。（3）混凝土上料按照碎石、水泥、砂砾的顺序进行，且碎石的平均粒径应在5cm以内，含泥量<5%，混凝土搅拌≥60s，坍落度在18cm左右。（4）当钻进深度达到设计尺寸后，往复升降钻杆进行扫孔，进行桩底沉渣清理后泵送混凝土，按桩体容量及充盈系数控制混凝土用量。（5）当混凝土泵送结束后，如果桩顶部的高度低于设计标准，应及时补充混凝土量，并超过设计标准o.5m。随后振捣密实。（6）在确定成桩质量符合设计标准之后，将桩项盖好，并移动桩机到另一根桩进行施工。

4  素混凝土桩地基设计方法

素混凝土桩施工技术在提高地基载荷能力和降低地基沉降等方面具有一定作用，并且在厚度较深的软土区域中使用此技术可获得很好的经济和社会效益。一般情况下，在厚度较深的软土区域中，建筑沉降值较大，在经过特殊的施工处理后，既能满足沉降形变要求，也可达到载荷能力的标准要求，因此，通常使用沉降控制作为公路改扩建工程素混凝土桩地基设计方法。假设在正常载荷情况下复合地基的压缩模量为Ec，则通过面积加权法计算可得：

Ec=nEp+（1-n）Es

式中：

Ec——复合地基的压缩模量;

Ep——桩体的压缩模量;

Es——桩周土的压缩模量;

n——复合地基的置换效率。

且有：

n=Lp/Lsp

式中：

Lp——桩体的横截面积;

Lsp——单个桩体的控制面积。

有关下卧层的压缩计算通常使用分层法进行，由于下卧层的载荷目前仍无法准确求得，在实际的工程应用中普遍使用应力扩散法以及等效实体法等，但应力扩散法中对于扩散角度的确定难以掌握，且计算过程十分复杂。

5  原材料

（1）水泥海螺P.O.52.5，其3d抗压强度为38.0MPa、抗折强度为6.9MPa;28d抗压强度为56.9MPa、抗折强度为8.3MPa。（2）集料变质砂岩粗集料为粒径5mm～20mm，级配符合规范要求，含泥量为0.3%，压碎值为5%;细集料为河砂，细度模数为2.7，含泥量为0.7%。（3）外加剂CNF-3聚羧酸高效减水剂，减水率约22%。（4）短切玄武岩纤维单丝直径13μm，长18mm，密度2.7g/cm3～2.8g/cm3，抗拉强度3000MPa～4000MPa，弹性模量80GPa～100GPa，断裂伸长率2.7%～3.4%。

6  试验结果及分析

6.1  工作性能试验

混凝土抗压强度和抗折强度试验结果可知，玄武岩纤维掺量0.1%的混凝土与素混凝土相比，其抗压强度7d提高3.3%，28d提高6.3%;其抗折强度7d提高了14.1%，28d提高18.7%。分析原因为玄武岩纤维掺入后，分布于混凝土中的纤维形成乱向的三维支撑体系，在混凝土受到荷载作用时协同受力，应力自混凝土基体传递给玄武岩纤维，由于玄武岩纤维的抗拉弹性模量高，增加了混凝土的抗拉和抗剪应力，从而提高了混凝土抗弯拉强度，也相应提高了混凝土抗压强度。

6.2  劈裂抗拉强度试验及拉压比结果及分析玄武岩纤

维掺量为0.1%的混凝土7d劈裂抗拉强度提高了5.7%，28d劈裂抗拉强度提高了9.6%。素混凝土的坍落度為170mm，扩展度为450mm，具备较好的流动性。玄武岩纤维掺量为0.10%时，对混凝土的流动性影响不明显，坍落度、扩展度略微降低，坍落度为160mm，扩展度为430mm，不影响混凝土流动性，可以满足施工工作性能要求。

6.3  力学性能试验及分析

（1）抗压强度和抗折强度试验结果及分析。拉压比是反映混凝土脆性的指标之一，由试验拉压比结果可以看出，对于同一龄期的混凝土，玄武岩纤维混凝土的拉压比高，表明玄武岩纤维的掺入增加了混凝土的抗弯拉强度，提高了混凝土的韧性，主要原因为玄武岩纤维在混凝土中起加筋作用，在裂缝处具有良好的联结作用，抑制了裂缝的扩展速度，且纤维和混凝土的黏合良好，提高了混凝土的韧性，提高了混凝土的劈裂抗拉强度。

（2）耐久性能试验及分析。掺加0.1%玄武岩纤维混凝土比素混凝土的抗压耐腐蚀系数提高了6.3%;抗折耐腐蚀系数提高了5.5%。主要因为混凝土中纤维的致密网状结构，减少了基体内的微裂缝、空隙和缺陷，提高了材料的连续性，有效地抑制了裂缝的产生，同时，玄武岩纤维在混凝土中均匀分布并与混凝土能良好地黏结，提高了水泥基体内部的束缚力，阻止并延缓硫酸根离子从外界环境渗透，提高混凝土的耐久性能。

7  结束语

对素混凝土桩复合地基，为确保素混凝土桩承载力的有效发挥，桩应穿透回填土层至力学性质较好的土层上，即桩长应适当加长。若现场地质条件的复杂性，设计人员应重视现场试验和施工过程的质量控制，确保工程质量。

参考文献：

[1] JGJ 7 9—2012.建筑地基处理技术规范[S].

[2] GB 50007—2011.建筑地基基础设计规范[S].

作者简介：

乞克林（1983—）男，学历：本科，所学专业：土木工程，中级职称，职称专业名称：建筑工程。主要从事工作：岩土工程勘察、岩土工程设计及施工。