一种地基处理方法技术领域
本发明涉及一种可用于深层地基的处理方法。
背景技术
地基处理，尤其是深层地基处理的方法很多，目前主要有，土和灰土桩挤密法、水泥粉
煤灰碎石桩和深层搅拌桩等地基处理方法，以及由上述地基处理方法衍生出的载体桩法和夯
扩垃圾桩法等地基处理方法。
其中，土和灰土桩挤密法主要用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等
的地基加固方法，是有桩间挤密土和填夯的桩共同组成的复合地基，当以消除地基的湿陷性
为主要目的时，宜采用土桩；当以提高地基的承载力或水稳性为主要目的时，宜选用灰土桩，
处理深度一股为5～15米。
当地基土的含水量大于23％及其饱和度大于0.65时，由于成孔质量不好，拔管后容易缩
颈，以及打管时容易对临近已回填的桩体造成破坏，不易采用土和灰土桩挤密法。
水泥粉煤灰碎石桩，是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量的水泥加水搅拌
后制成的一种具有一定强度的桩体，其骨料仍为碎石，适合于砂土、粉土、松散填土、粉质
粘土、粘土以及淤泥质粘土等的处理，加固深度一股在6～12米。
深层搅拌法是利用水泥或水泥砂浆作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地
将软土和固化剂强制搅拌，又固化剂和软土间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成
具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基，从而提高地基的强度和增大变形模量，是用
于加固饱和粘性土地基的一种新方法，使用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地
基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基，对超软土效果更为显著。
但是，深层搅拌法施工时是采用搅拌头与输浆管一体化的设备，当粘土颗粒间粘结力强
时，不易搅拌均匀，搅拌过程中易产生抱钻；另外当土质易于搅拌均匀时，却易出现冒浆现
象。目前的深层搅拌桩机常用的机架有三种形式：塔架式、桅杆式和步履式，塔架式和桅杆
式结构简单、易于加工，应用较多，但其搭设及行走困难，步履式的机械化程度高，塔架高
度大，钻孔深度大，但机械费用较高。
载体桩法是一种全新的施工技术，它改变了传统的地基基础处理观念，选择下部层位稳
定、土性较好的土层作为被加固土层，以桩端土体为研究对象。普通桩的承载力主要来源于
桩的侧摩阻力，而载体桩的承载力主要来自载体，载体通过反复填入建筑垃圾再以3.5吨重
锤提升6米进行自由落体夯实，通过三击贯入度等指标控制密实度，随后再夯填一定量的干
硬性混凝土，从而由内向外形成干硬性混凝土、填充料和挤密土体形成的载体，使桩端土体
得到最优的密实，将上部荷载有效传递给下面的持力土层，达到提高承载力的目的。
夯扩建筑垃圾桩法是由碎石桩延伸而来，是用吊车把重锤吊到一定高度后，自由下落，
数次冲击成孔，分层填入废料后夯扩成桩，夯扩垃圾桩适合处理4～8m左右的浅地基。
上述这些地基处理方法用于不同的地基处理中，均具有各自的优点，但其有一个共同的
缺点，就是这些地基处理方法在施工过程中，桩体的材料均会向土中扩散，桩体的直径不易
控制，各桩体之间的承载力差异较大，这使得这些地基处理方法的最大处理深度一股均控制
在15米以内，对超过15米的深地基处理目前尚无经济有效的处理方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种地基处理方法，该方法是在地基中先沉入钢管，然后
在钢管中填入素土和/或建筑垃圾，最后注入水泥浆，形成一种支护桩，该方法施工方便，可
用于处理超过15米的深地基。
本发明的具体步骤包括：
(1)沉管：采用振动沉拔桩机将钢管和抵靠在钢管下端面的桩尖一起沉入地下，使钢管
下端面到达设计标高，桩尖对钢管的下端形成封闭；振动沉拔桩机优先采用液压振动沉拔桩
机；在现有技术中，桩尖的使用已非常普遍，能够满足本申请的需要，不再赘述；
(2)在钢管内放置注浆管，注浆管的底部到达桩尖；
(3)制作扩大头：向钢管中填入素土和/或建筑垃圾，将压实杆放入钢管内并压在素土
上，用上述振动沉拔桩机的夹具夹持压实杆，对素土和/或建筑垃圾进行振捣，提高素土和/
或建筑垃圾的密实度，并使桩尖脱离钢管下端面向下移动，部分素土和/或建筑垃圾从钢管下
端溢出并在钢管下端形成扩大头；
(4)继续向钢管内填入素土和/或建筑垃圾，并夯实；
(5)重复步骤(4)直至素土和/或建筑垃圾到达钢管顶部并被密实；
(6)注浆，通过注浆管向扩大头和钢管中进行注入水泥浆，边注浆边向上提拔注浆管，
直到整个钢管被注满水泥浆；
(7)注浆结束后拔除钢管，形成支护桩；
(8)在支护桩的顶部铺设褥垫层；
所述压实杆为下端封闭的钢管或下端安装有水平板的型钢，型钢可以采用圆钢、槽钢、
角钢等型钢制作。压实杆的主要作用是伸入钢管内，通过传递振动沉拔桩机的振动力量对素
土和/或建筑垃圾进行挤压，以提高素土和/或建筑垃圾的密实度。
振动沉拔桩机优先采用液压振动沉拔桩机。
每次填入素土和/或建筑垃圾的高度优选为1～2米。
沉管所用设备采用振动沉拔桩机，振动沉拔桩机有电动式和液压式两大类，在本申请中
优选采用液压振动沉拔桩机，由于液压振动沉拔桩机的液压振动锤的外形尺寸小、重量轻，
在激振力相仿的情况下，液压振动锤的重量一股只有电动式振动锤重量的一半，具有较高的
振动幅度，沉管效果好。液压振动沉拔桩机可方便地改变液压振动锤的振动频率，以根据不
同地基的地质条件，采用不同的振动频率达到最佳的沉管效果；采用同一台设备可完成沉管、
素土和/或建筑垃圾的密实以及拔管等全部工作，提高了设备利用率及施工效率。
液压振动沉拔桩机的液压振动锤的频率可以进行调整，通过调整液压振动锤的频率可以
获得所需的密实度，且可以保证桩体的上下密实度一致。
在本申请中，可向钢管内填入建筑垃圾，填入钢管内的建筑垃圾不得含有有机杂质，仅
可使用建筑物或构筑物拆迁时所产生的水泥块、碎石块、砖块、瓦砾和废砂浆之类的废料，
不得包含沥青块、废塑料、废金属和废竹木等废料。采用建筑垃圾不但可降低工程费用，还
可消耗大量的建筑垃圾，并为这些建筑垃圾的环保处理做出了贡献。
扩大头的直径优选为钢管直径的1.5～3倍，以保证扩大头能够提供有效的抗拔效果。
进一步，水泥浆的水灰比为0.6～1.2；注浆过程中，注浆压力为0.4MPa～0.6MPa，注浆流
量为50L/min～70L/min。该注浆工艺可保证桩体具有足够的强度，不必追求高注浆压力。
本发明是将钢管和具有封闭作用的桩尖一起沉入地下，地基中的土不会进入到钢管中，
钢管中间的孔成为桩孔，桩孔位置原有的土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密
实度提高，在相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，且桩距越小叠加效果越明显。
现有技术中由土体自身形成的桩孔，当地基土中含水量大于23％及其饱和度大于0.65时，
成孔质量不好，拔管后容易出现桩孔缩颈现象，这使得桩体的长度受到限制，其所能处理的
地基深度也被控制在15米的范围内；而且当地基较软时，在桩体施工过程中，桩孔中填入的
物料易于向桩孔周围的土体中扩散，使桩体发生鼓胀变形甚至桩体错位等现象，降低了桩体
的强度，同时也使桩体强度的一致性较差；采用本发明制作的支护桩，由于大部分的工作是
在钢管中进行，受地基的含水量以及水的饱和度的影响较少，同时钢管对桩体起到了束缚作
用，一方面可防止填入桩孔内的物料被挤入四周的土体内，另一方面可保证在注浆时，可以
采用高压注浆，使水泥浆在物料中间均匀地分布，使桩体的强度得到保证，也提高了桩体强
度的一致性，在桩体中掺加水泥浆后，使桩体具有了一定抵抗地下水的能力。
本发明的地基处理方法无需开挖回填，节约了开挖和素土方的工作量，由于不受开挖和
回填的限制，同时由于没有了桩孔塌陷，使处理深度可达20米，较土和灰土挤密桩法具有更
深的地基处理深度，填入钢管内的材料属就地取材，降低了施工费用。
采用钢管作为桩孔，避免了四周土体对施工过程的影响，理论上不受地基土质的影响，
尤其适用于处理松散砂土、粉土、粉质黏土、素填土、杂填土以及饱和黏土等地基。
本发明所制作的支护桩本质上是一种低强度的混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力，
共同作用，将载荷传递到深层地基中，具有较好的技术性能和经济效果。
本发明所制作的支护桩的桩体沉降量小，当桩体落在较硬土层上时，可较严格地控制地
基沉降量，将地基沉降量控制在7mm以内。
在支护桩的下端制作有扩大头，以增强土层对桩体的支持力，同时扩大头可为桩体提供
较大的抗拔阻力，尤其是地基中水位较高时，扩大头还使桩体具有一定的抗浮能力。
本申请中，主要的施工设备振动沉拔桩机，没有其它大型的施工设备，方便于施工，保
证了施工的效率。
在完成桩体的制作后，拔出钢管，重复利用，以降低地基处理的费用。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的流程示意图。
图2是压实杆的结构简图。
图3是图2的俯视图。
图4是压实杆位于钢管内，并对素土进行压实的简图。
图中标记：
1.钢管，2.桩尖，3.注浆管，4.扩大头，5.褥垫层，10.压实杆，11.槽钢，12.水平板。
具体实施方式
在本实施中首先制作压实杆10，参阅图2、图3，压实杆10为下端安装有水平板12的
槽钢11，水平板12为圆形钢板，槽钢11和水平板12焊接在一起，水平板12的直径较制作
支护桩所用的钢管的内径小180mm，以方便向钢管内填充素土或建筑垃圾。
本实施例中，钢管的外径为426mm，扩大头的直径为800mm；振动沉拔桩机采用型号为
815C的荷兰ICE液压振动锤，以下简称液压振动锤。
在本实施例中，向钢管1内填入的是素土和建筑垃圾的混合料，以下简称混合料。
参阅图1，制作支护桩的步骤如下：
(1)沉管：用液压振动锤将钢管1沉入地下，在钢管1的下端面设置有桩尖2，桩尖2
对钢管1形成封闭，避免地基中的土进入到钢管1中；
(2)在钢管1内沿钢管1的内壁均匀放置三根注浆管3，并使注浆管3的底部到达桩尖
2；注浆管3采用直径20mm的无缝钢管；
(3)制作扩大头4：参阅图4，向钢管1中填入混合料，将上述制作好的压实杆10放入
钢管1内，用液压振动锤的夹具将压实杆10的上端夹住，启动液压振动锤，保持对混合料的
压力，使压实杆10对混合料进行振捣，在振捣过程中，混合料的体积被压缩，并且使桩尖2
向下移动脱离钢管1的下端面，混合料从钢管1的下端溢出，并在压实杆10的作用下完成扩
大头的制作，然后停止液压振动锤；
(4)继续向钢管1内填入混合料并密实；在每次完成密实后，将压实杆10提升2米，
然后向钢管1内填入高度约1.8米的混合料，混合料沿压实杆10的水平板12与钢管1内壁
之间的孔隙落入压实杆10的下面，再将压实杆10下放，压紧混合料，启动液压振动锤，对
混合料进行密实；
(5)重复步骤(4)直至混合料到达钢管1的顶部并被密实；
(6)注浆，通过注浆管向扩大头和钢管中进行注入水泥浆，边注浆边向上提拔注浆管，
直到整个钢管被注满水泥浆；在本实施例中，水泥浆的水灰比为0.9，注浆压力为0.5MPa，
注浆流量为60L/min；
(7)注浆结束后用液压振动锤拔除钢管，形成支护桩；
(8)在支护桩的顶部铺设褥垫层5；
压实杆还可以采用下端封闭的钢管，或在圆钢、槽钢、角钢等型钢的下端焊接或用螺栓
连接水平板制作而成。
水平板的直径可根据添加的素土或建筑垃圾的颗粒的大小进行确定，颗粒大时，可将水
平板的直径设置的小一些，颗粒小时，可将水平板的直径设置的大一些，为了保证水平板对
素土和/或建筑垃圾有一定的接触面，水平板的直径与钢管内径的差在80～300mm之间为宜。