【微型钢管桩在残积土地基处理中的应用浅析9100字（论文）】

微型钢管桩在残积土地基处理中的应用浅析摘要微型钢管桩一般是指直径为70-300毫米或更小的桩，广泛用于滑坡防治和地基。基坑、边坡支护等工程。微钢管桩结合抛丸支护是一种以xx地区为代表的残余地基处理的支护手段之一。在该手段中，它不仅将纯喷射混凝土的安全风险完美解决，还在一定程度上解决了中风化岩层下的施工难度问题，成为当前认可度高且具有实用经济的一种支持方法。但由于现在有了一个特殊的微管桩，导致在运用微型钢管桩的过程中，往往容易忽视纯喷射混凝土中所需要的结构计算，使得微型钢管桩的作用不能发挥到最大价值。因此，本篇报告主要研究微型钢管桩在实际生活中的应用，阐述了相关理论知识，并以xx工程的案例应用为研究对象，分析微型钢管桩在残积土处理中的应用情况以及带来的意义，以期给微型钢管桩的应用带去一些参考。关键词:微型钢管桩；残积土地基；应用目录TOC\o"1-3"\h\u一、绪论 v一、绪论（一）研究背景当前，我国GDP不断增长，城市建设脚步也不断加快，使得在密集建筑物与管道交叉的复杂环境下开展地铁、人防、地下高层建筑及其他地下工程的情况越来越常见，对建筑和施工要求也越来越高，比如：建筑的承载能力。在以往的大直径预制桩方法中，它不但需要大量的空间，还需要许多大型机械设施，导致在某些区域狭小、空间不足或者环境污染管理较严的城市，会受到地域或者区域管理的极大制约。而在目前新型的小型钢管桩方法中，它不仅施工工期短，而且无需大面积刷坡和挖掘，就可实现施工的正常运行。同时，它在建筑施工过程中机械设备不大,并且在工作时振动小和噪音低。但是，微型钢管桩的承载能力在二次注浆时，它的承载能力与其同等桩径的一般灌注桩相比更为稳固。为此，微型钢管桩成为目前建筑施工单位运用最广的技术。在微型钢管桩中，它主要的发展前身是微型桩和钢管桩。换句话说，它是由钢管组成的微型桩。而微型桩起源于年1950，是由最初的Lizzi学者所创造的学术名词，同时受到Fondedile企业的研究和广泛推广。对于微型桩的结构而言，它是一种介于70-300毫米之间的微型桩桩径，而微型桩的长度和细度和小直径桩相比，明显高于30，尤其是在一般情况下，微型桩的长度不超过30米。而在桩身方面。它的结构主要可以划分为三种，第一水泥砂浆；第二小石子混凝土；第三加劲材料。直到1980年，微型钢管桩才逐渐在我国盛行开来，并被我国相关学者所大量研究，成为我国建筑施工的重点技术之一。但是纵观国内外学者关于微型钢管桩复合泥钉支护的相关研究及施工工况，多数结构支持的研究主要集中在基坑设计中的特殊性有关实例报告中，设计方法多以经验为主，缺乏完整而系统的理论。理论滞后于实践。由于缺乏理论指导，因此在多数的工程设计环节出现了很多问题，导致基坑开挖过程中易产生变形破坏甚至坍塌危险，对施工单位和施工人员造成无法挽回的后果。此外，基坑的稳定性问题已经引起了广泛关注。所以急需完善能指导工程实践有关理论。（二）研究内容依托某一重点工程，本项目基础方案采用墩基础，墩底部采用微型钢管桩处理残余土基。基于断裂试验桩的实测数据，我们正在对微型钢管桩处理残余土基础进行分析研究。本篇报告结构主要分为5大块，将其结构内容阐述如下。本篇报告的结构主要是研究主题的内外环境、研究主题的意义、研究主题的发展情况、研究主题的方向及研究主题的方式。第一部分为研究环境概述和内容介绍。简而言之，就是将本篇报告的大致结构简单的进行总括，以探讨在相关概念中的界定，为第二部分的研究做了铺垫；结合残积土地基的特点，分析承载力；根据微型钢管桩应用案例分析其中的关键技术，使其在工程实践中能简洁应用，对微型钢管桩处理残积土地基的构造做好全面分析。（三）研究目的微型钢管桩具有承载力高、施工速度快、运输方便、安全性高、施工场地小、布置灵活等特点，一直受到岩溶地基设计和施工的重视。目前，微型钢管桩的应用历史较短，关于微型钢管桩加固岩溶地基的规范或技术书籍很少，相关的研究或理论也很少，人们对它的单桩承载能力、加固后与岩体的共同受力和施工工艺等方面还没有充分的认识，同时如何充分利用残积土与微型钢管桩共同受力，成为节约成本的重要途径，残积土地基处理还是作为一种较新的技术，工程实践还存在着一定的不足，非常需要有一套较为完备的理论与施工技术方案作为理论支撑与技术指导应用于工程实践。（四）研究意义1.理论意义目前，利用微型钢管桩处理剩余土基的理论研究较少，相关机理尚不明确，理论滞后于工程实践：轴承没有特殊的计算方法或统一的设计规范。单桩的屈服强度和处理后的总承载力，仅依靠现有的设计理论和工程经验，往往难以保证基础工程的安全性和经济效益。微管桩的使用历史较短，在剩余土基处理中的使用历史更短。它的承载能力计算、构造要求、施工技术等尚未完全明白，也没有成熟的计算理论，有必要进行进一步研究，以确定其在残积土地基处理中可行，对于残积土地基处理和桩基建设的研究进行相应的开发，在某种程度上具有一定的理论价值。2.现实意义微型钢管桩直径较小，强度大，单桩承载力大，易于在岩床上施工，所需施工机械安装面积小，适用于剩余土基处理等优点，用于加强剩余土基础的微型钢管桩可以满足建筑重载的要求。在工期紧、噪声控制严格、工地狭窄、工地剩余土过多的工程条件下，采用微钢桩处理残余土基的效果尤为明显。通过研究用于加固剩余土基的微型钢管桩，在钢管桩商品化、降低施工成本、提高地基安全、维护和谐城市环境等方面发挥了重要作用。二、概念界定（一）微型钢管桩微型钢管桩一般为直径300mm以下、长细比30以上、长度30m以下的现浇桩。桩身主要由水泥（砂）浆或细砌体混凝土和压力浇注钢筋组成。微桩放置灵活，可根据项目需要垂直、倾斜、单个或捆绑。Micropile于1930年初诞生于意大利，近年来发展迅速。非常适用于负载较小且分散负载的中小型工业和私人建筑。它也可以用作新的建筑基础，也可用于现有建筑地基。在狭小的空间和低净空的建筑工地中，这些好处尤其明显。当然，构成微型钢管桩的材料不仅广泛用于钻孔灌浆桩，还广泛用于世界其他地区，例如南亚，但在我国使用不多。所谓微型钢管桩，实际上是钻孔桩。其中，它主要由三种技术打造组成，第一微型桩技术；第二钢管桩技术；第三注浆技术。换而言之，它主要将小型钻孔准备妥当，再将钢管插入其中，并向其注入混凝土，以进行高压注浆，然后使其混凝土浇筑完成的桩顶和各桩相连接，以组成钢架结构，在浆液凝固完成后，组成一种较为稳固的桩-土复合框架，对于滑坡推力具有明显的阻碍作用。在该结构中，它不仅综合了钢管桩和灌浆技术的所有优点，还具有支撑和注浆等功能。而注浆液的加入，不但可以加强岩石的稳固性，还可以将其转化为抗滑体。此外，在泥浆凝固成型之后，不但可以让完全没有连接的物件连接的更为紧密，还可以提高抗滑坡的能力。因为钢管微型桩仅依赖自身的力量，所以如果桩距很大时，它的抗滑坡能力就十分明显，当然它的主要承载力是桩；倘若桩距不大时，可以将结构进行相应调整。将抗滑挡墙作用发挥到最大，当然它的承载力是桩-土复合体。（二）残积土残积土是岩石风化后未携带后残留的碎屑和土壤沉积物，风化层称为残积土。残余层逐渐上移至土层，下移至弱风化半风化岩层，土层、残余层和风化岩层形成一个完全风化的地壳，其分布主要受地形、盆地带、缓坡带、裸露地表岩石、强风化裸露地表径流率控制，分布于平原。残留的土壤颗粒从表面到深度从细到粗不等。一般无床层，碎屑有棱角，土壤不平整，孔隙率高，强度低，抗压性高，渗透性强。山坡顶部较薄，低地较厚，岩石风化程度差异较大，残积土厚度差异较大，工程施工时应特别注意地基土的不平整。（三）地基根据现场施工情况，基础可以划分为两类，第一类为人工基础；第二类为天然基础。而基础下基岩支撑层为基础的主要部分。它根据不同情况可以采用多种方法对其进行处理以提高地基承载力，但最经济有效的办法就是采取一定形式的处理方法进行地基土的相关建设，让其达到设计使用条件并充分发挥其作用。天然地基指天然状态下不需要人工加固，就能满足地基所有荷载的天然土层。这节省了工程成本并消除了手动处理的需要。天然地基是一种天然土层，可直接在其上放置地基，无需进行地基处理，可分为四类：岩石、砾石土、沙土和粘土。人工基础：经过人工加工或者改良的依据。天然地基承载力低。一般为100-200kN/m。如若建筑标准不达标，那么人工改造计划是必须实施的。人工基础可以分为三种类型：（1）不具备稳定条件的软弱土地基。若地层地质条件良好，承载力较高，在边坡，沙地，淤泥等地质条件下，或者在地层结构良好的情况下，上荷载过大，承载力较差。三、承载力分析在微型钢管桩中，如果它为支护桩，那么它就可以很容易地进入硬质层，并且在钢管对混凝土的径向限制下，使其钢管与管内的混凝土共同受到极大的压力，从而对钢管桩的整体强度大幅度提高，成为当前使用最广的技术之一，其优点在于：（1）承载能力强且乘降能力小。对于微型钢管桩来说，内部钢管的屈服强度较高，当桩处于持力层位置时，其承载力将更大，而当桩侧有孔洞时，泥浆将渗透到桩周土体中，从而形成比桩直径更大的复合桩，使桩身的强度和侧摩阻力增大，以降低桩身的沉陷。（2）具有良好的抗弯能力；由于管内混凝土的存在，减少了钢管桩局部失稳的可能性，同时因为钢管桩的存在，使其抗弯曲性能得到改善，因此，这种小型钢管桩更适用于水平荷载作用下的施工。（3）桩的尺寸设计更具弹性；可依照不同的施工标准，对不同的桩体进行相应的设计，或者直接使用焊接等手段对现场施工过程进行桩长度的调整，以满足场地需求。（4）施工方式较为多变，干扰源较少且工程量不大；混凝土桩通常具有较大的直径、同时钻孔时的排土量也不小，但是在钻孔过程中会产生较大的震动和干扰。而对于微型钢管桩而言，它适用于场地较窄、桩径要求严格的建设，并且不需要进行钢筋笼的加固，就能顺利将施工完成。对于大型混凝土灌注桩来说，所需的旋转钻机往往占用较大的场地。由于小型钢管桩具有体积小、进场容易、质量轻、便于搬运、堆放等优点。所以，可将其应用于实际工程中，发挥其最大价值，达到节约成本，按时交付，完美解决施工中出现各种问题的目的。（一）主要特性分析桩群内有1根桩基础叫基础桩，有3根以上基础桩构成的多桩基础叫桩群基础，已有工程经验，理论分析及模型试验均证明。1根基础桩总承载力并不等于群桩中1根桩总承载力，1组桩总荷载除以1根桩总荷载计算结果也并不等于1根桩总承载力；这是由于桩体共同受力时桩体间应力相互叠加而产生的。这就是群桩效应。本文通过对某一具体实例进行计算分析，讨论了影响桩土共同作用效果的因素以及各种情况下的规律。桩基方面，基础桩承载力，沉降变形以及端部抗应力等级均明显不同于单桩承载力等级。所以，有必要研究其承载机理。目前常用的分析方法包括极限平衡法和有限单元法等。其中最重要的方法是有限单元法对桩进行计算分析。本文仅讨论两种计算方法的比较问题。不同桩基其工作特性及荷载传递方式各不相同。认为可以将桩群基础划分为摩擦桩群与继承桩群2类，其主要差异如下：摩擦桩承载力包括横向摩擦阻力与横截面阻力两部分，横向摩擦阻力占主要地位，而横截面阻力较小甚至可忽略。目前国内外学者对摩擦桩研究普遍侧重于在竖向荷载作用下桩体侧向位移及水平承载特性方面。因此，本篇报告使用数值模拟方法和理论分析方法，对摩擦桩进行了深入系统的研究。摩擦桩机理比较复杂，单桩摩擦阻力会对桩周地面施加附加应力，向四周地面传播，应力变为桩周距离。当桩间距较短时，各桩的扩散应力引起应力叠加现象，桩间土的质量受力，桩底应力大于应力。它会从单桩传输到基础土壤上。由以上分析可知，摩擦式桩群的受压变形大于单桩，摩擦式桩群基础承载力等于各单桩的承载力之和，但值得强调的是，认为只有摩擦桩才有桩效应是不全面的。在中长基岩桩中，桩侧土的摩擦阻力产生的承载力也占了相当大的比重，通过桩侧阻力扩散的应力也会引起应力叠加现象，应力桩群效应，这时就需要根据桩群效应考虑承载力和变形量。（二）承载力分析从灌浆微桩的施工工艺来看，灌浆微桩经过加压稳定后再形成终桩，其原桩壁和周边土层有较好的接触。由于采用高压水枪冲洗或机械清孔方法对桩基进行处理，使桩体形成一个封闭空间。然后用化学浆液将其填满，这样就可以减少钻孔工作量、缩短施工时间并提高成桩质量。灌浆是强行浇筑，使桩体一侧和桩体四周土壤有很好的接触。同时水解水化，黏土颗粒及水泥水化，水泥浆碳化等作用进一步增强注浆微桩对注浆周边土体黏结作用。改良了土壤。静态灌浆结束时，多数灌浆推到桩体之间土壤孔隙。当压力一定时，灌浆流方向为阻力最小方向，填充桩之间的土壤间隙。随着密度的增加和地基土的承载力的增加。对于人工路堤和沙质土壤尤其如此。此外，当钢管内部的水泥浆固化后，它可和钢管内壁进行充分结合，从而组成复合体，即钢管混凝土。当然，如果水平方向的作用力对钢管混凝土产生压力，则钢管混凝土的抗弯优势就可以明显发现。至于钢管在一定程度上限制钢管内部水泥浆料的能力，其整体抗弯强度比普通混凝土要高，同时也加强了钢管桩的整体抗弯强度。根据中信建设安哥拉项目的实际数据，注浆微桩处理后的基础桩间土体强度普遍提高10%~30%。（三）耐久性分析众所周知，即使钢被放置在空气中，久而久之还会出现一些氧化以及腐蚀生锈等现象，即对钢材产生腐蚀。因此，必须对钢铁进行防蚀处理。防蚀方法很多，如涂装防腐、电镀防腐、有机涂层等。钢铁腐蚀有电化学腐蚀，机械磨损腐蚀，生物腐蚀以及纯化学腐蚀等，但是在上述腐蚀中，可明显发现大部分为电化学腐蚀，也就是在腐蚀过程中产生的微小电流。钢的腐蚀形式可以分为全面腐蚀与局部腐蚀两种。其中全面腐蚀根据其表面腐蚀是否均匀可以划分为均匀与非均匀两种类型，但是局部腐蚀形式多样，同时局部腐蚀又具有各种形状，可以划分为选择性腐蚀，点蚀，溃疡状腐蚀，晶间腐蚀等类型、穿晶腐蚀等等。无论微型钢管桩发生何种腐蚀，通过减小钢管的壁厚，钢的能力管桩承受的载荷降低。用于处理岩溶地基的微型钢管桩完全置于基岩中，岩溶溶洞充填、水、空气等环境较为复杂。根据有关规定，经微钢桩处理的地基设计使用寿命不得短于上部结构的设计使用寿命。加强微钢桩的防腐是提高其设计使用寿命的重要手段。微型钢管桩的主要防腐措施包括提高耐蚀性、外表面涂防腐层、涂防腐水泥浆、电极防腐等。1.增加腐蚀余量增加腐蚀容限的基本原理是在设计时预先计算出钢管桩在设计使用寿命内的腐蚀壁厚，考虑到实际施工中钢管的腐蚀，使用的微型钢管桩的壁厚会比理论计算的厚，实际钢管壁厚与理论计算的钢管壁厚之差即为附加腐蚀公差。腐蚀公差厚度在通常情况下，腐蚀公差厚度＝本地钢材的年腐蚀✖钢材使用时长。其中腐蚀公差是微钢管最常用的防腐方法，具有计算方便、结构方便、效果明显等优点。2.外表面涂防腐层为使微型钢管桩受到良好的保护，且不被其他物质所腐蚀，可将其表面涂抹涂料喷，以保护钢管桩，这种方法称为外涂层法，工程钢管桩通常使用防腐涂料为氧煤焦油。这种涂料有良好的防蚀性能和施工简单等优点，然而，该涂料也存在致命缺陷，譬如：成本价格昂贵，使用时间不长等。如果地下水充足或者含腐蚀因素较大时，还可以使用富锌或者环氧煤焦油涂料喷涂钢管桩防腐。但是，在处理岩溶地基的微型钢桩的情况下，必须将钢管桩成孔然后吊起，使其造成一定的摩擦现象，所以涂层的选择具有优异的耐磨性，这需要一种兼具特性和可剥离性的涂层。此外，涂层不能降低钢管桩成桩后的侧向摩擦力，对涂层的影响更为严重。3.水泥浆包覆防腐在普通混凝土中，只要随意加入带有抗腐蚀性的其它元素，就可形成高抗腐蚀性能的混凝土，将它应用于钢管微桩的外壁，便可形成良好的防腐效果。在添加其成分的过程中，可采用两种方法，第一将钢管桩头打入土前，再将水泥浇注在钢管上。第二在钢将钢管桩头打入土后，将其周围进行混凝土的浇灌，并在钢管上增加一层金属网片，使得钢筋与混凝土的整体强度得到加强，从而避免了混凝土的剥落。其中该混凝土厚度通常为60毫米。4.电极防腐钢管桩金属体电子丢失是由于微型钢管桩金属体内部局部产生阳极与阴极电位差所致。电极防锈法就是在金属体中通过电流，电流在局部电池阴极上流动时，由于电子间存在电位差，金属阴极表面极化减弱。从而使整个电化学过程减弱并最终导致失效，但这种方法在海洋环境中使用较多。5.其他防腐措施。添加其他金属使耐腐蚀低合金钢耐腐蚀，耐腐蚀金属覆层耐腐蚀，套管耐腐蚀等。这些措施处理起来很麻烦，钢管桩需要专门准备，价格昂贵，而且不利于在岩溶地基处理中推广。四、案例运用（一）工程概况中信施工安哥拉项目部为安哥拉拟新建10万套住宅工程，占地约10.6km2。拟建场址在卢班戈市东北齐伦巴区，地形单元属威拉高原、微地形为斜坡。整个地块地势平坦开阔，土壤肥沃且排水良好，适宜于种植农作物和牧草等作物。拟建场岩性以花岗岩及花岗岩残土为主。通过野外调查及室内试验发现，该花岗岩残余物厚约3.00米～5.50米，以红褐色砾石，粉质黏土及粉砂为主。干燥状态的基性土壤具有较高强度和良好的构造，但是经加湿及水的浸泡作用而软化解体。（二）地基处理1、增强抗剪性。建筑物基础在施工阶段会发生不同程度的变形，使其具有一定的抗弯能力和抵抗水平力的能力，从而降低了对地基土稳定性的要求，甚至出现不均匀沉降。基础剪切破坏主要体现在建筑基础承载力的不足以及土方开挖，邻近基础高程或者基坑高程处的结构不稳定或者边坡不稳定等方面。基坑底部在掘进期间。所以为了防止剪切破坏要采取措施来增加基础地面抗剪强度。2、增加可压缩性。（1）增加孔隙比和改善土体性质。（2）控制地下水位是保证基坑开挖安全、合理进行支护结构施工的重要措施之一。（3）选择适当的围护结构形式及材料。地基高压缩性表现为建筑物大范围沉降和沉降不同，要采取措施增大地基土压缩系数。3、改善基础渗透性。许多情况下，地下水是导致工程事故的主要原因之一。为了防止雨水渗透，必须采取措施以增加基土的渗透性。但是，要想取得明显效果还需要进行大量的试验工作。地基的渗透性主要体现为大坝，房屋等基础的地基渗漏，基坑开挖形成了相似的纱线与管道。所以需要考虑让基土不透水或者减小水压等应对措施。4，动态特性的提高。研究了不同密度粉砂层对地震动反应谱曲线及峰值加速度的影响规律。基础的动力特性显示粉末与沙在地震作用下发生了液化。交通荷载或桩基础引起邻近地基的振动与沉降。为此，需要综合考虑预防地基土液化，改善振动特性以及增强地基抗震性能等方面的措施以制定应对措施。5.改良贫瘠土壤性质，主要指对黄土塌陷、膨胀土胀缩等现象的消除或者减轻。这类工程通常包括：加固地基，改良土体物理力学特性等内容。在施工过程中经常会出现这样那样的问题。若这些属于基础治疗且基础坚实，则应结合实际情况选用适当治疗方法。（三）关键技术主要方法：使用旋转钻钻孔。施工顺序：定位布置→钻机垂直度调整→钻孔至设计深度→完成钻孔（孔口保护）。主要技术措施：开挖定位后，架设开挖机时注意保护开挖定位标记，并检查（开挖）。轴心与套管孔重合后，即可将轴钻入孔内。图4.1微型钢管桩现场施工图(2)钻孔时，要经常测量机器的水平度，检查钻具的垂直度。(3)钻孔孔径为91mm以上，孔位误差为50mm以下，深度误差为100mm以下。图4.2插入钢筋施工图(4)钻孔后，要对孔进行适当的保护。（四）效果评价中信建设安哥拉项目部剩余土基采用微钢管现浇桩施工，得出以下结论：1、残积土作业不影响周边环境，直接在狭小空间进行作业，有效管理环境，不破坏地基。同时对旧地基进行一定程度的加固，节约能源成本，缩短施工时间，保证质量。2、该工程用时较长，基本上达到了设计和使用的要求，并取得了良好的成效。然而它却拥有以下问题：①在软弱土层中钻孔时出现漏浆现象；②由于对特殊地层条件认识不足或不重视造成桩基承载力偏低；③单桩竖向抗压能力较低；④小型钢管灌注桩通常都是“小直径，高强度”的桩型。穿透力大，桩径细小，便于施工，适合狭窄施工场地，地下复杂地质结构及新型桩型场地。3、由于试验桩均为加筋工程桩，桩的承载力根据某一工程所需的变形条件确定。4、由于只是在当时现场的情况下慎重考虑，只能采用这种方法。通过对施工过程的有效管理和施工后对周围环境的监测，该技术已经完成了应该达成的目标。五、结论随着我国GDP的飞速增长，社会的发展也十分迅速。在地下工程中，不可避免地要面临基坑支护问题。由于施工场地较窄，基坑开挖深度较