SMC、MC、SC、SM劲性复合桩的施工方法原理和应用

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在M或SM桩中心再打C桩，形成MC或SMC桩（4）
（二）、劲芯水泥土复合桩（MC或SMC）
在软基中施打水泥搅拌桩或水泥土砂石复合桩， 在水泥未硬凝时施打素砼振动沉管微型桩劲芯 （也可加钢筋笼或插钢筋、钢管形成钢筋砼劲 芯）。该复合桩由水泥搅拌桩或水泥土砂石复 合桩加劲芯两部分构成，一般搅拌桩径为 500-700mm，（如用湿喷，桩径可高达 900mm以上）一般水泥掺入量12-15%，桩 顶上部可提高3-5%掺灰，并复搅。一般桩长 在10-15m左右。劲芯桩径为Φ220-280mm， C20-C30可为素砼或CFG，也可加入钢筋笼， 插钢筋或钢管形成钢筋砼劲芯。
（一）、水泥土砂石复合桩（SM）
1、挤密置换作用。一般先施打间距较小、 桩径为220-280mm，桩长达软弱土层底的砂 石桩，对软基中较软弱的部位先行挤密加固 （砂性土）和置换加固（饱和软粘土），提 高该部位土体的密度和强度，使该软弱部位 的承载力得到初次提高。
2、排水固结通道作用：
（1）施工中的快速排水通道：有了细 而密的砂石桩作为排水排气通道后，会 有大量软土中的水份在高压气体的作用 和螺旋形叶片反转成桩时上部10多吨机 械自重压力作用下被强制地从砂石桩中 排出。
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在砂石桩中心再打C桩，形成SC复合桩
（6）
SC桩
一般先打S桩，再在部分S桩中 心施打C桩，形成劲芯散粒体复 合桩，并可与未被复合的S桩形 成多元复合地基。
如在散粒体桩中心施打振动沉管灌 注桩，由于散粒体被振动挤密至桩 周软土形成强度较高的散粒体护壁 复合体，会有效防止软土地基中振 动沉管砼桩的缩径现象，同时散粒 体会快速消散振动沉管桩施工时软 土地基中采生的超孔隙水压力保证C 桩中心不渗水、析浆，保证了复合 桩中劲芯的强度和整体性。S桩的长 度可短于、等于或大于C桩。
桩身中的粗粒体改善了桩体颗粒结构，起到骨架作
用。复合桩体的强度、密度、刚度均得到大幅度提高， 同时也提高了桩间软土的强度和承载力。如能对复杂 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。由于复合桩桩身沉降在施工中迅速完成，减少 了工后沉降，缩短了地基稳定时间。预留砂石桩作为 排水通道在工后长期存在并构成复合地基。十分适用 于高速公路的软基处理，如在桥头部位可再在水泥土 复合桩中打入素砼劲芯，以增强该部位的强度和稳定 性，减少该部位的沉降。粉喷桩与细而密微型散粒体 桩相复合，互补增强、相得益彰，极大地提高了粉喷 工法在软土地基中的加固效果和应用范围。
如将散粒体用夯扩沉管方法打入土 中的持力层部位（即复合桩底部）， 再打入C桩，可为预制管桩、方管、 木桩、钢桩或现浇砼桩，形成现在 已成为行业规范并大量应用的复合 载体夯扩桩。
（三）劲芯砂石复合桩（SC）
先在软基中施打振动沉管砂石桩，再 在砂石桩中心施打劲芯桩（素砼、钢筋砼 劲芯或CFG桩），形成劲芯砂石复合桩。 该复合桩由砂石构成外芯，一般先打 φ280mm的砂石桩（土层特别软弱时可 复打），再在其中心施打C20-C30素砼或 CFG桩，也可加入钢筋笼，插筋或钢管形 成钢筋砼劲芯。
SMC、MC、SC、 SM劲性复合桩的施 工方法原理和应用
SMC三元复合桩示意图
用“S”表示柔性砂石桩：柔性散粒体可由碎 石、砂、卵石、砖瓦碎块、钢渣、矿渣、煤 矸石碎块、砼碎块、其它建筑垃圾组成，可 采用锤击沉管、振动沉管、螺旋成孔，强夯 置换、振动水冲、气冲、干振、人工挖孔、 水冲等方法成桩。土质较软时可增大散粒体 的粒径。它对软土起振密、挤密和置换作用 并加速软土固结排水作用，但由于桩身是散 粒体，在上部荷载作用下其桩身的承载力主 要由桩周软土的侧向约束提供，且荷载传递 深度仅为桩径的2-3倍，易产生鼓胀破坏， 因而承载力较低，沉降量较大。
3、砂石桩在起到护壁和排水作用的同时能 改善劲芯与砂石桩、砂石桩与桩周土体 的边界条件，桩周软土由于砂石及劲芯 施工时的振动、挤密、排水固结作用， 其密度、强度、承载力、压缩模量等物 理指标会得到较大的提高，反过来提供 较高的摩阻力。
M或C桩 S桩
暗河浜
在暗河浜部位先打S桩，再在部分S桩中心打M 桩或C桩，形成SM或SC复合桩，并与预留的S 桩组成复合地基
1、砂石外芯的护壁作用：在已施工好的 砂石桩中心复打时填入素砼形成劲芯，砂 石桩外芯会挤密桩间土，形成较为坚硬的 砂石土复合孔壁，起到较好的护壁作用， 保证劲芯的直径和强度。
2、砂石外芯的排水作用：砂石桩的 外芯可起到排水作用，可使施工中 产生的超孔隙水压力迅速消散，不 会产生直接施打砼桩，在附近桩中 出现泛水、泛砂、冒浆等现象，保 证素砼劲芯不出现“离析”现象，
2、排水固结通道作用：
（2）预留部分砂石桩构成长期排水固结 通道：复合桩间还留有部分砂石桩作为 垂直排水通道与褥垫层中的砂石垫层 （水平通道）形成排水系统，将会在上 部工程施工中及工后长期发挥作用。
3、改善桩身颗粒结构，增强复合桩体密度： 在砂桩中心再施打水泥搅拌桩，相当于在 水泥土体中又增加了20%-30%的中粗砂骨 料。由于粗粒骨料的比表面积小，吸附能 力小强度高，起“骨架作用”。使“粘土 基质”向“骨架结构”转变，改善土粒结 构，增强复合桩体密度，从而大幅度提高 桩体的强度和刚度。
在天津地区将管桩压入高压喷射注浆的土体中也大 幅度提高了管桩的承载力，并使管桩的压入更加容 易和方便（在其它地区也常用深搅桩先行施工，再 压入管桩或方桩）。
如先施打C桩，并在C桩中预设注浆管进行后期注浆 加固C桩的桩端或桩侧土层，会较大的提高C桩的桩 阻力和侧摩阻力。如在全国早已推广应用的钻孔桩 后压浆工法，也可视为MC复合桩的一种特殊形式。 也可在预制管桩、方桩及现浇砼桩中预设注浆管进 行后期注浆加固。
“C”表示刚性砼桩：一般指高粘结度、高强度的混凝 土类桩，可为预制的方桩、管桩，也可为现浇的钢筋 混凝土桩、CFG桩、素砼、钢桩、木桩等。可采用钻 孔灌注、振动沉管、锤击沉管、夯击成孔、螺旋钻孔、 人工挖孔、静压或二种以上方法结合成桩。其特点是 桩身强度较高，荷载传递深度较大，可适用于承载力 要求较高、沉降量要求较严的工程，但造价高、工期 长、设备投资高，且对场地要求高，有时还有挤土、 振动、泥浆排污、噪音等环境问题，且在软土地基加 固工程中，由于桩身材料强度较高而桩身体积相对较 小，软土提供的侧摩阻力和端桩阻力较小，在桩身材 料强度未充分发挥时由于桩身沉降量较大而达到极限 状态，造成桩身材料的强度浪费。
现在已用多种MC桩应用在工程实际中，如：在上 海、江阴地区，将预制小方桩压入湿喷桩中形成 劲芯水泥土桩，单桩承载力高达2000KN以上；在 常州地区将管桩压入粉喷桩中心形成复合桩，大 幅度提高了管桩的单桩承载力；在日本和上海等 地将型钢插入刚施工好的湿喷桩体中形成SMW帷幕， 用于基坑支护；南通、盐城地区将振动沉管素砼 小桩和钢筋砼小桩打入粉喷桩中心形成劲芯粉喷 复合桩，单桩承载力不低于含外芯在内的同体积 刚性桩。
2、改善荷载传递途径及深度：水泥搅拌桩主要 受力范围一般在桩顶下5-7D范围内，而复合 桩中由于劲芯的刚度和强度较高，在上部荷 载作用下，应力会集中在劲芯部位，再由劲 芯纵深传递到其侧壁和桩端的水泥土体，成 倍地增大了荷载作用于水泥土体的面积而匹 配水泥土体产生的较大侧摩阻力和桩端阻力。 使复合桩全长范围内的侧阻力和桩端阻力充 分发挥。
如在散粒体桩中心施打水泥土搅拌桩可形成散粒 体水泥搅拌复合桩—砂石水泥土搅拌复合桩、钢 渣水泥土搅拌复合桩、碎砖水泥土搅拌复合桩时， 散粒体桩的桩径一般较小，材料粒径也较小。
如果土层较软采用振动沉管或锤击沉管等方 法施打散粒体桩容易缩径时或不出料时可采 用粉喷桩机直接喷射干砂搅拌后再进行水泥 喷射并搅拌或者直接喷射水泥干砂混合体并 搅拌。如果土层中含水量较低或用于基坑帷 幕止水可用深搅桩机喷射水泥砂浆并搅拌， 这样形成的水泥砂土复合搅拌桩强度要高于 一般水泥土搅拌桩。
3、提高整体强度、刚度：复合桩的承载力 不低于同体积的刚性桩，有钢筋笼或插筋 及钢管存在时，可用于基坑围护和边坡稳 定工程。
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（5）
在相互搭接的M桩或SM桩中心再打C桩(可插筋、钢筋 笼、钢管或型钢)形成用于基坑支护的MC或SMC复合 桩
SMC桩
在已经施工好的SM桩中水泥土未硬凝时打入或 压入C桩，形成SMC复合桩。可作刚性单桩使用， 也可与未被复合的S桩、SM桩形成多元复合地基。
如在部分SC桩的散粒体部位进行注浆，即形成 SCM多元复合桩，如在夯扩载体的散粒体部位预 设注浆管进行后期注浆加固或在部分砂石劲芯 复合桩的砂石部位进行后期注浆加固。形成强 度较高的复合桩。
“M”表示半刚性水泥搅拌：主要指水泥土类 桩也可为粉煤灰、石灰、炉渣、化学浆液或 混合料。可采用粉喷、湿喷、高压旋喷、注 浆形成水泥土类桩体。其特点是桩体具有较 高的胶结强度，体积较大、造价较低，但桩 身强度受土质影响较大，且桩身均匀性较差， 在上部荷载使用下，荷载传递深度一般为桩 径的5-7倍。一般地基加固后承载力的提高幅 度为原地基的二倍左右。
1、挤密挤扩作用：
（1）劲芯的打入能挤密水泥土体，增加 水泥土体密度，而水泥土体干密度的增 加可大幅度提高水泥土体的刚度和强度， 能弥补粉喷桩中心软芯和减轻湿喷工艺 的搅拌不均现象。
（2）具有挤扩作用。劲芯的打入还会挤扩周 围水泥土体和桩周土体，使桩周土体的界面 粗糙紧密，侧摩阻力大幅度提高
（3）软弱土体中粉喷桩先行施工会改变土体 的软弱状态，水泥土体会在劲芯打入时起到 护壁作用，素砼劲芯一般不会发生 “缩颈 “现象。
粉喷桩机和微型振动沉管桩机
步骤一
步骤 二
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在软弱土层部位先打砂石桩（S）（1）
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在部分砂石桩中心打水泥土搅拌桩（2）
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在砂石桩中心打水泥搅拌桩，形成SM复合桩（3）
SM桩
一般先打S桩，再在部分S桩中心施打M桩，形成 SM复合桩，并与未被复合的S桩形成多元复合地 基。要根据加固目的充分考虑两类桩的材料、成 份、粒径、桩径、桩长、成桩方式、相对位置及 在土中的位置、是否插筋、复合方式以及土质、 成桩效果等因素，以确保SM桩达到理想的设计效 果。
如在散粒体桩中心或桩周采用水泥注浆或高压旋喷 可形成散粒体水泥复合桩，散粒体桩的粒径和桩径 可以相应大一些，应考虑有无素砼垫层或承台、地 面砼等情况决定是否进行上部封闭或预留注浆孔， 注浆管可在施工散粒体桩时预留。如用钢管结合高 压水在土中冲孔，在孔中填入粒径较小的石子或瓜 子片，不再拔出钢管并在上部进行封闭注浆可形成 钢管劲芯散粒体水泥复合桩（可用于基坑支护）。 可据不同施工用途或目的在散粒体中心注其它浆液 或混合浆液形成凝固速度不同、强度不同的复合桩。
（四）结论
4.1复合桩是一种十分适用于沿海软基处 理的经济有效的新桩型，它综合了三种类 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。
4、改善桩间软土状态，构筑复合地基：软 土经砂石桩和水泥桩综合加固，产生了排 水固结、振密、挤密、压密、离子交换 （在裂隙部位更明显），水份被水泥粉体 吸附等综合作用，会产生含水量降低，密 度、强度和压缩模量提高等物理力学指标 改善的现象。
MC桩
在已经施打好的M桩中心施打C桩，形成劲芯水泥 土类复合桩可作为刚性单桩也可作为刚性桩复合 地基中的竖向增强体与与未被复合的M桩形成多元 复合地基，如果在C桩中含有钢管、钢筋等筋材， 则该复合桩具有抗剪、抗弯和抗拔作用。一定要 在水泥或其它浆液未硬凝前打入C桩，并保证其同 轴度和垂直度。
（四）结论
4.2水泥土砂石复合桩利用柔性砂石桩对软弱部 位先行加固，经排水固结、挤密、振密作用，再 在部分砂石桩中心施打粉喷桩时经全程复搅使周 围砂石桩在大量高压气体作用和粉喷桩桩机反转 压密的双重作用下，会排出大量水份和气体，同 时软土被劈裂，水泥粉被顺畅排出与水泥、砂、 石、土体搅拌均匀并被强制压密，且在劈裂处与 软土颗粒产生离子交换作用，快速地改善了桩间 土的软弱状态。