0引言建筑物建在地面上，地面会承受很大的压力，如果拟建场地内土层承载力达不到设计要求，因为需要确保地面拥有足够抵抗压力的强度，所以就有必要对承担建筑物压力的地面进行加固，或是改善地面的承受方式，亦即是地基处理。打桩就是一种有效的处理手段，不仅承载力高，还具有沉降量小而较均匀的优点，几乎可以适用于各种工程地质条件和各种类型的工程，尤其是适合软土地基上的建筑物。通常来说，在建筑结构需要承受水平荷载或者弯矩时，都会优先采用桩基础。桩打多深需要看地下的地层分布情况，会有专业的勘察单位通过对房屋部位及周边结构土层，在多个部位采取钻孔取样的方法对下方土质结构的稳定性能进行分析，然后出具详细的地基结构报告，上报甲方建设单位后，最终由建设单位提交给设计单位进行设计。水泥土复合管桩是由预应力混凝土管桩在高喷搅拌法形成的水泥土桩初凝前同心植入，完善适配而来的一种获得国家专利的新型复合桩型。水泥土桩是钻机用高喷搅拌法成型，管桩则是混凝土材质的预应力管桩。然后用静压桩法将预应力管桩压入水泥土桩中。水泥土复合管桩不仅可以用于基础，还可以做复合地基，具有桩身质量稳定可靠、强度高、耐久性高、穿透土层能力强、施工快捷方便、工程造价相对较低等优点。近些年来在建筑基础及地基处理中得到了越来越广泛的应用。1水泥土复合管桩的部分工艺及构成水泥土复合管桩是获得国家专利的新型复合桩型，既可用于桩基础，也可作为复合地基使用。水泥复合管桩桩基础和水泥土复合管桩复合地基在水泥土桩的成型工艺上并没有太大的不同，都是采用高喷搅拌法，利用高压水或高压浆液的喷射来切削周围土体，同时钻杆不断下沉，借此将钻杆周身地基土与水泥浆等材料充分结合，形成水泥土桩。该过程充分利用了原土。因此施工中基本不会产生运土费等不必要的费用。但在预应力管桩的处理方式上，水泥土复合管桩桩基 础和水泥土复合管桩复合地基则存在很大不同。作为桩基础使用时，预应力管桩压桩前两头孔口要焊上盖板，防止在静压机用静压桩法将管桩压入水泥土桩过程中泥浆进入桩孔中（桩顶压至桩顶设计标高）。在水泥土复合管桩基本成型后，需挖槽至给桩顶设计标高留一层保
护层的厚度，然后掀开盖板，下钢筋笼子，接着填芯灌浆料（混凝土）后，开展后续工作。在作为复合地基时，预应力管桩两头孔口不需要焊上盖板，使用静压机直接用静压桩法压至设计标高就可以，但是后期水泥土复合管桩成型后，需挖槽至桩顶设计标
高，然后整体再铺上一层褥垫层后，才能开展后续工作。由预应力管桩在高喷搅拌法形成的水泥土桩初凝前同心植入，完善适配而来的水泥土复合管桩不仅桩身材料强度高，还兼有侧阻力大的优点。既可作为基桩使用，也可
将其用于复合地基。水泥土桩充分利用了原土，具备环保、造价低等优点，
打印胶片预应力管桩则具备桩身强度高的特点。在水泥土复合管桩
的施工过程中，水泥土搅拌桩是利用高压喷射搅拌法，凝
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基金项目：泉城产业领军人才（2018015）；济南市高校20条资助项目（2018GXRC008）。作者简介：李明泉（1998-），男，山东济宁人，工学学士，研究方向
为土木工程。
水泥土复合管桩浅析
Analysis of Cement Soil Composite Pipe Pile
李明泉①②LI Ming-quan ；米春荣①②MI Chun-rong ；刘彬①②LIU Bin ；李建明①②LI Jian-ming
（①山东省建筑科学研究院有限公司，济南250031；②山东建科特种建筑工程技术中心有限公司，济南250031）
（①Shandong Academy of Building Research Co.，Ltd.，Ji'nan 250031，China ；
②Shandong Jianke Special Construction Engineering Technology Center Co.，Ltd.，Ji'nan 250031，China ）
摘要：水泥土复合管桩是由高喷搅拌法形成的水泥土桩与同心植入的预应力管桩复合形成的获得国家专利的新型复合桩型。水
加密存储泥土复合管桩不仅桩身材料强度高，还兼有侧阻力大的优点。既可作为基桩使用，也可将其用于复合地基。水泥土复合管桩充分利用原土，且施工时无噪音和污染，经济、环保，适用于粉土、粘性土、素填土、砂土等土层，特别适合软土地基。相比起纯粹的水泥土桩和预应力管桩，适用范围更广，发展前景更广阔，属于绿建筑基础。
Abstract:Cement soil composite pipe pile is a new type of composite pile which has obtained national patent and is formed by the combination of the soil-cement pile formed by high spray mixing method and the prestressed pipe pile implanted concentric.Cement soil composite pipe pile not only has the advantages of high material strength,but also has the advantages of large lateral resistance.It can be used as foundation pile or composite foundation.The cement soil composite pipe pile makes full use of the original soil and has no noise and pollution during construction.It is economical and environmental friendly.It is suitable for silt,cohesive soil,plain filling soil,sandy soil and other soil layers,especially for soft soil foundation.Compared with pure cement soil pile and prestressed pipe pile,it is applicable to a wider range and has a broader development prospect.It belongs to the foundation of green building.
关键词：水泥土复合管桩；应用；工艺；绿建筑基础Key words:cement soil composite pipe pile ；application ；process ；fundamentals of green building 中图分类号:TU473.1文献标识码:A 文章编号:
1006-4311（2021）11-0139-04
固后在地基中形成的圆柱体，属于非挤土桩，几乎不会对桩周土体造成扰动。
静压桩属于挤土桩，对同等面积的桩截面来说，静压桩的挤土效应小于打入桩，静压桩法是通过静力压桩机的压桩结构，用桩机自重及配重提供反作用力而将预制桩压入土中的沉桩工艺。静压桩工作原理和锤击截然相反，沉桩过程属于稳态贯入过程，完全避免了锤击打桩可能造成的污染、振动和噪音，具有对桩无破坏，施工时无污染、无冲击力、无噪音等显著优点，对周围环境的干扰小，能够适用于软土地区、城市中心或建筑物密集处的工程，以及精密工厂的扩建。是一种绿的施工工艺，同时，这种工艺还会产生挤密效应——
—静压沉管过程中，桩周土体向下和四周挤压，在水泥初凝前打入预制管桩，有效的减少了对土体的扰动，水泥土发生重新固结，土体孔隙率减小，有效应力增大而使土体强度提高。这种现象为水泥土复合管桩带来了好处，二者结合充分发挥了各自的优点，是一种绿建筑基础。
2水泥土复合管桩的特点
水泥土复合管桩质量可靠稳定。通过仍在不断改进的新设备及技术，可以有效地控制质量，有效地保证产品质量，且便于打桩后进行质量检查。水泥土复合管桩有着相当广泛的应用。桩身具有优良的防
腐效果，其尺寸调整也很方便，桩长可在较大的取值范围内进行选择，便于桩的布置，这样保证了施工场地内变化会较大的地质条件亦能适用。
水泥土复合管桩地工艺可以节约施工时间，加快工程进度。预应力管桩会在工厂进行商业化生产，并可根据施工进度及规程提前进货，这样厂家也可以以最快速度保证供货，有效地解决了施工前准备过程的繁琐，节省了时间，相对于其他桩来说，准备时间较短。
预应力管桩通常由半挂车运到场地，然后由吊车一根根将车上的管桩卸下来平稳落地，需要注意，堆叠不能超过二层，且摆放区域需看图纸选定。如果是相同长度的管桩，两头都要尽量对齐。
水泥土复合管桩充分响应了国家号召，推进了施工现场文明施工的进程。水泥土复合管桩在施工现场的水泥会由钻机打入地面以下，几乎不会产生泥浆污染，相比起其他桩型具有很大优势。
水泥土复合管桩属于摩擦桩，桩底处于较软的土层内，轴向荷载是由桩底土反力与桩侧摩擦阻力来支承，桩侧摩擦阻力起主要的支承作用。水泥土复合管桩中，管桩底部水泥土需承受较大荷载，因此，水泥土复合管桩设计的重点之一是预应力管桩底端处的材料强度验算。设计和实际施工时，水泥土桩的长度通常是要比预应力管桩长的。
水泥土桩属于半刚性桩，预应力管桩属于刚性桩，预应力管桩与外围高喷搅拌水泥土桩有效复合共同
承担外部竖向荷载，因此水泥土复合管桩荷载传递规律兼有刚性桩与半刚性桩特性。在应用于复合地基时，相对于水泥土桩复合地基承载力低、桩身强度低、布桩较密等缺点，水泥土复合管桩复合地基中水泥土桩、预应力管桩和地基土一起受力，承载力满足要求，桩身强度较高，布桩相对来说更为合理，技术上具有先进性，节省成本。
3水泥土复合管桩的工艺流程
水泥土桩的成型工艺上是采用高喷搅拌法，利用高压水或高压浆液的喷射来切削周围土体，同时钻杆不断下沉，借此将钻杆周身地基土与水泥浆等材料充分结合，形成水泥土桩。该过程中充分利用了原土，在钻机开钻前需由技术员放点确定桩位，然后钻机就位，随后用线坠检查并控制钻杆垂直度。
静压桩法是利用一根预应力管桩压另一根要压进去的管桩，首先测量定位，随后压桩机就位，先用钢丝绳把要压的桩垂直吊起，然后尽量笔直地插入静力压桩机中间的孔洞里，也就是夹桩器中，接着再通过静力压桩机上已经输好桩位坐标的GPS确定位置以及该向哪个方向走，操控静力压桩机挪到要压的桩位上就位、调平，接着调正要压的桩桩身，对准桩位，再向下压，静压沉桩。因为要将桩顶压到桩顶设计标高，通常情况下，还需要一根送桩来确保能压到位置。因为要送的桩桩顶为了压到桩顶设计标高，一般最后都会向下压到脱离夹桩器，夹桩器很难再对要送的桩施加以静力压桩机自重、机架上的配重和油缸压力等压力时，吊起送桩，放到压桩机中间的孔洞里，夹桩器夹好，然后调正送桩对
准桩位，送桩继续对要压的桩提供压力，接着把要压的桩压到桩顶设计标高。经过检查，判断完成后，转移桩机，继续重复这一循环过程，压下一根桩。
通常会利用全站仪来校正并确保压桩垂直度及精度。判断桩顶是否压到桩顶设计标高则会用到水准仪，一般工人会提前用粉笔在送桩上画一条线——
—从桩底向上量出送桩深度和镜高加起来的长度在什么位置，然后在这个地方划一条线。
送桩深度为地面的绝对标高减去桩顶设计的绝对标高的距离。
镜高为水准仪架在三脚架上调平后，水准仪的仪器高度，为水准仪视准轴与三脚架所支地面的距离。
支好水准仪，对准要压的预应力管桩打激光，随着要压的管桩被压下去，送桩也会逐渐向下，当水准仪的激光打到提前画好的那条粉笔线，预应力管桩也就压到位置了（桩顶达到桩顶设计标高），压桩完成。
一般情况下，如果下根要压的管桩要求的型号等和这次的送桩一样，送桩会作为下根要压的桩。在水泥土复合管桩施工过程中及完成后需及时地记录施工记录。
4水泥土复合管桩的质量控制
建立现场质量监察和管理体系，强化质量管理，检查和监督工作。施工中需要技术员将该工程的质量、检查、取样、测试、测量以及验收等工作做到位。尽快、仔细、精准地做好原始记录。
4.1水泥土桩施工质量控制
水泥土桩施工质量控制包括水泥质量检验、水泥掺量、桩径、垂直度等。合理安排水泥的进场时间和批次，确保每批次水泥经检验合格后方能使用，对于进场的水泥做好防潮保护，防止受潮，且不得使用受潮结块的水泥。后台搅拌水泥浆时，需定期抽查，提桶搅拌好的水泥浆用密度计测出密度，然后算出实际的水灰比，看是否和提前交代给后台的水灰比一样，保证质量。
钻头下沉与提升速度、浆泵流量、设备故障等均会影
响水泥掺量。为了严格控制水泥掺量，宜每根桩单独搅拌水泥，需经常留意后台浆压以确保喷浆速度，控制水泥总掺量。严格按照设计要求确定参数施工。每天开工与结束前，调试设备至最佳状态，施工期间注意异常现象并及时维修处理。
需定期检查钻头磨损程度，确保不会因钻头直径影响成桩质量。
按照设计要求，严格确保喷浆压力、提升速度、钻杆转速等施工参数，在较硬土层可采用提高喷浆压力或降低提升速度的措施。施工中，为保证成桩质量，必要时可复喷复搅，以确保均能达到设计要求。
若钻机开钻后钻杆碰到障碍物无法继续下钻，需及时让挖掘机进行清理，无法清理的，则有必要及时联系相关部门进行处理。
4.2管桩植入施工质量控制
管桩植入施工质量控制包括垂直度、桩位、植桩时间间隔、终压力等。
强化管桩的质量管理工作，严格控制沉桩时间间隔、桩位偏差等关键技术。管桩植入前，一方面利用桩机自带垂直度仪控制；另一方面，采用线坠、全站仪控制，管桩植入前，需采用GPS进行二次定位。
设计要求管桩宜在水泥土桩初凝前植入，影响压桩时间间隔的因素包括静压机行走时间、管桩对中调直、沉桩等。
钻机施工完毕移位后，静压桩机紧跟着进行管桩植入。水泥土桩施工完成前，应完成管桩植入准备工作，包括吊桩、支全站仪等，水泥土桩机与静压桩机协调等工作应由技术员负责。协调时应注意钻机不能停。
4.3常见问题分析及处理
水泥土桩直径若是偏小，发生原因通常为浆液压力小或流量小，需调整浆液压力、流量、钻杆提升速度、钻杆旋转速度、搅拌翅直径等施工参数。
钻进下沉困难、电流值高、跳闸，这种情况若是发生，通常原因为电压偏低；土质坚硬，阻力太大；遇到大块石头等障碍物；漏电。处理措施一般为：调高电压；加大浆液压力；更换合适的钻具；开挖排除障碍物；检查电缆接头，排除漏电。
冒浆太多，发生原因通常为：土质太粘，搅拌不动；遇到硬土或是障碍物，下沉起来困难；浆液流量过大；喷浆下沉，提升速度小；水灰比过大。解决方式有：加强搅拌；清除障碍物；调整浆液流量；加大升降速度及喷搅遍数；减少水灰比。
不返气、不返浆，通常原因为：供气、供浆管路堵塞；下沉过快，上层黏土层封住返气、返浆通道。解决方法有：疏通供气、供浆管路；降低下沉速度；提起钻头，待返气、返浆后再行下沉施工。
预应力管桩施工达不到设计标高，发生原因通常为：预应力管桩施工与水泥土桩施工完成时间间隔过长；接桩时间过长；水灰比小或注浆量少；压桩力或激振力不足；桩身偏斜，压入土中；水泥土不均匀。处理措施通常为：减小时间间隔；缩短接桩的时间；增大水灰比或注水搅拌；加大压桩力或激振力；确保预应力管桩位置及垂直度；增加喷搅次数。
5水泥土复合管桩应用及适用地层管桩
前文提到过，水泥土复合管桩的设计需要看地质勘查报告，地质勘察报告可以查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性、分析和评价地基的稳定、均匀性和承载力。通过已经干过的工程的地质勘查报告，也能看出水泥土复合管桩的适用地层和范围。
表1是采用水泥土复合管桩的百合新城智信园工程地质勘察报告的承载力特征值及压缩模量取值表，可以看到场地地层分布。
①层为耕植土，土质不均匀，工程性质差；①-1层为杂填土，土质不均匀，成分混杂，工程性质差。在此表中不再列出；
②层粉土：稍密，属中压缩性土，工程性质一般；②-1层粉质黏土：可塑，属中压缩性土，工程性质一般；
③层粉质黏土：可塑，属中压缩性土，工程性质一般；
④层粉细砂：稍密~中密，属中压缩性土，工程性质较好；
⑤层粉质黏土：可塑，属中压缩性土，工程性质一般；
⑤-1层粉土：稍密~中密，属中压缩性土，工程性质一般；
⑥层粉细砂：中密~密实，属低压缩性土，工程性质良好；
⑦层粉质黏土：硬塑，局部可塑，属中压缩性土，工程性质较好。
表2、表3为采用水泥土复合管桩的禹城东海城二期工程地质勘察报告的地基土承载力特征值及压缩模量取值表，分别为多层及高层，可以看到场地地层。
层号地层名称f ak E s1-2
②
②-1
③
④
⑤
⑤-1
⑥
⑦
粉土
粉质黏土
粉质黏土
粉细砂
粉质黏土
粉土
粉细砂
粉质黏土
110
105
100
160
110
120
220
200
4.5
4.2
4.6
*15.0
4.8
8.1
*25.0
9.1
注：其他压力段压缩模量详见综合固结试验曲线图：*代表经验值
表1百合新城智信园工程承载力特征值及压缩模量取值表
地层编号
承载力特征值
f ak（kPa）压缩模量（MPa）
E s1-2黏粒含量ρc
2、粉土
2-1、粉质黏土
3、粉质黏土
4、粉土
5、粉质黏土
6、粉砂
7、粉质黏土
8、粉细砂
100
100
100
120
110
130
110
180
6.88
4.47
4.55
8.18
4.99
12.0（经验值）
5.04
30.0（经验值）
10.3
8.2
表2禹城·东海城(多层部分)承载力特征值及
压缩模量取值表
第1层杂填土，杂，稍湿，松散，以黏性土为主，含碎砖渣、树根、灰腐殖质等，土质不均。
第2层粉土，中密，层位连续，分布均匀，厚度较小，属于中等压缩性，物理力学性质较好。
第3层粉质黏土，可塑，层位连续，分布及厚度均匀，属于中等压缩性，物理力学性质较好。
第4层粉土，中密，层位连续，分布均匀，厚度相对较大，属于中等压缩性，物理力学性质较好。
第5层粉质黏土，可塑，层位连续，分布及厚度均匀，属于中等压缩性，物理力学性质较好。
水隔离泵第6层粉砂，中密，层位连续，分布及厚度均匀，属于低压缩性，该层为轻微液化土层。
第7层粉质黏土，可塑，层位连续，分布及厚度均匀，属于中等压缩性，物理力学性质较好。
第8层粉细砂，中密~密实，层位连续，分布均匀，厚度较大，属于低压缩性，土质均一，性质稳定。可作为高层建筑物的桩端持力层。
第8-1层粉质黏土，可塑，属于中等压缩性，物理力学性质稳定。
第9层粉质黏土，可塑，层位连续，厚度较大，属于中偏低压缩性，物理力学性质较好。
第10层粉细砂，中密~密实，层位连续，分布均匀，属于低压缩性，土质均一，性质稳定。
第11层粉质黏土夹粉土，可塑，层位连续，厚度较大，属于中偏低压缩性，物理力学性质较好。
第12层粉细砂，密实，层位连续，分布均匀，厚度较大，属于低压缩性，土质均一，性质稳定。混合辅助肢体
通过以上几个工程的勘察报告我们可以得知，水泥土复合管桩适用于粉土、粘性土、素填土、砂土等土层，特别适用于软土地基。水泥土复合管桩的性能极佳，能够将软弱土层加固成合格的房屋建筑地基。
水泥土搅拌桩，多用于地下水位较高的软土地质，适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、素填土、黏性土以及无地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时则不宜采用水泥土搅拌桩。
预应力管桩具有桩身质量稳定可靠、强度高、耐施打、穿透土层能力强、施工快捷方便、工程造价相对较低等优点。但延性差，超过其桩身接受的极限荷载时会呈现脆性损坏。适用于以人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层的区域。
相比起纯粹的水泥土搅拌桩和预应力管桩，水泥土复合管桩将二者的优点结合在一起，且适用范围更广，比起纯粹的水泥土搅拌桩和预应力管桩，发展前景更为广阔。
6结论
随着我国社会经济的不断发展，建筑行业也在不断进步。水泥土复合管桩在施工当中具备相当的优势，近年来越来越多地在建筑基础及地基方面得到了广泛的应用。本文重点在于对水泥土复合管桩进行了初步的探讨。
①阐述混凝土预应力管桩同心置入高喷搅拌法形成的水泥土桩这种新型复合桩的组成、构造原理，然后分析了水泥土复合管桩桩基础和水泥土复合管桩复合地基的施工工艺。
②分析了水泥土复合管桩的特点，质量可靠稳定，污染小，且能节省大量的准备时间。水泥土桩充分利用原土，并且对土体扰动很小，静压桩法压桩几乎无噪音，且产生的挤密效应对水泥土桩发挥作用，因此对水泥土复合管桩有好处。两种工艺结合发挥了各自的优点，能够将效益最大化，并且造价
低廉，绿环保，是一种绿建筑基础。③水泥土复合管桩的施工工艺已经成熟，每一步都是有的放矢，不存在无用的工序，且每一步几乎都有把控质量的方法，已经形成了一套独属于自己的施工流程。④结合勘察报告，对水泥土复合管桩适用地层进行了一定分析。水泥土复合管桩性能优良，能够将软弱土层加固成合格的房屋建筑地基，且适用范围广，比起单纯的水泥土桩或预应力管桩，前景更为广阔。
参考文献:
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[3]宋义仲，程海涛，卜发东，等.管桩水泥土复合基桩工程应用研究[J].施工技术，2012，41（360）：89-99.
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[5]李建明，梁红军，刘彬，米春荣，王淑文.水泥土复合管桩施工机械及工程应用.浙江省土木建筑学会.第26届华东六省一市土木建筑工程建造技术交流会论文集（上册）[C].2020.
地层编号承载力特征值f ak（kPa）压缩模量（MPa）E s1-2黏粒含量ρc
2、粉土
3、粉质黏土
4、粉土
5、粉质黏土
6、粉砂
7、粉质黏土
8、粉细砂8-1、粉质黏土
9、粉质黏土
10、粉细砂
11、粉质黏土夹粉土
12、粉细砂
100
100
120
110
130
110
180
130
160
180
170
220
6.93
4.50
8.08
4.91
12.0（经验值）
4.94
30.0（经验值）
6.22
7.45
生活垃圾处理器35.0（经验值）
8.22
38.0（经验值）
10.3
8.2表3禹城·东海城(高层部分)承载力特征值及压缩模量取值表
豫公网安备41160202000603
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