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注浆微型桩加固软土地基的机理与设计计算 程华龙 摘 要 注浆微型桩复合地基是由桩间改良后的土与注浆微型桩桩体组成的人工地基。从注浆微 型桩加固地基的机理与设计计算两个方面进行了分析，并提出了其加固地基的机理及设计与计算 的半理论、半经验公式。 关键词 注浆微型桩 软土地基 机理 设计与计算 分类号 TU473.1 1 注浆微型桩加固地基的机理 注浆微型桩系通过一定的方法或手段在地基中先成孔，再在孔中下入设计所要求的钢筋笼和 注浆用的注浆管，经清孔后在孔中投入一定规格的石料或细石砼，再用水泥浆液替代出孔中的水 （投细石砼时无此工序）进行压力注浆所形成的直径Φ为90～300 mm 的同径或异径的桩。注浆 微型桩复合地基是由桩间改良后的土与注浆微型桩桩体组成的人工 “复合地基”，且由于注浆微 型桩桩体本身有一定的强度，在荷载要求不高的情况下，也可以按刚性桩进行考虑。因此其加固 地基的机理可以从以下几个方面去理解。 1.1 桩周土摩阻力的提高作用 〔1〕 按照注浆微型桩的施工工艺，注浆微型桩在最后成桩前要进行静力压浆，并进行稳压工作， 这样原来桩壁与周围土层接触不好的地方就会被强行压入的水泥浆强制充填， 从而使桩侧与桩周 土体接触良好。同时在水泥浆的水解、水化作用，粘土颗粒与水泥水化物的作用、碳酸化作用下， 更增强了注浆微型桩与其桩周土之间胶结力，从而提高了注浆微型桩桩周土的摩阻力。 1.1.1 水泥浆的水解、水化作用 因水泥的主要成分为 CaO，SiO ,AlO,FeO,SO ，其组成的水 2 2 3 2 3 3 泥矿物为Ca SiO ，CaSiO ，CaAlO ，铁铝酸四钙、硫酸钙等。当水泥浆强行压入土层中以后， 3 3 2 3 3 3 很快产生氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁铝酸钙等氧化物。 1.1.2 粘土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物形成后，有的自身继续硬化，形成 水泥石骨架，有的则与周围具有一定活性的颗粒发生反应。①离子交换与团粒化作用 粘土与水 结合时会表现出一种胶体的特征，如土中含量最多的 SiO 遇水后，形成硅酸盐胶体微粒，其表 2 + + 2+ 面所带有的Na 或K 都能与水泥水化物生成的 Ca 进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大 的土团粒，从而使土体强度提高。水泥水化物生成的凝胶粒子的比表面积比原水泥颗粒的要大约 1000 倍，因而产生很大的表面能，具有强大的吸附活性，能形成水泥土团粒结构，并封闭各土 团的空隙，使之联结坚固,从宏观上看就是使水泥土的强度大大提高。②硬凝反应 随着水泥水 2+ 化反应的深入，溶液中析出大量 Ca ，当其数量超过离子交换所需的量时，在碱性环境中，能使 2+ 组成粘土矿物的 SiO 和Al O 的一部分或大部分与Ca 进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定 2 2 3 的结晶化合物，从而增大了水泥土的强度。 1.1.3 碳酸化作用 水泥水化物中游离的 Ca(OH) 能吸收水和空气中的 CO ，发生碳酸化反应， 2 2 生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土强度增加， 但增加的速度较慢，幅度也较小。由 于注浆采用的是静力压浆，浆液只能压入到桩周土的空隙中去，这样水泥浆包裹土团的现象就会 大量发生，土团内的土颗粒在水泥水解产物的渗透下，会逐渐改变其性能。 1.2 桩间土的改良作用 通过静力压浆后，大部分浆液会被压入到桩间土体的孔隙中去， 在一定的压力下，浆液会沿 阻力最小的方向流动，并充填于桩间土体中的空隙中，使密度增大，地基土的承载力提高。这对 于人工填土和砂性土尤为明显。根据我们对已有工程的实践资料分析后认为，经注浆微型桩处理 后的地基桩间土的强度一般会提高 10%～30%。 1.3 桩体的作用 由于注浆微型桩桩体的变形模量远远大