钢渣单桩复合地基和水泥粉煤灰碎石桩复合地基应用研究

钢渣单桩复合地基和水泥粉煤灰碎石桩复合地基应用研究

张鸣

东台市金铭建设工程质量检测有限公司  江苏省盐城市  224200

随着近年来我国经济的快速发展，基础设施建设逐渐壮大，地基处理技术在建筑工程中扮演着越来越重要的角色。其中，钢渣单桩复合地基和水泥粉煤灰碎石桩复合地基作为一种新型地基处理方法，已在实际工程中得到广泛应用。本文对这两种地基的应用研究进行综述，以期为相关领域的研究和工程实践提供参考。

一、钢渣桩复合地基

1.1工作原理

钢渣单桩复合地基是一种采用钢渣桩作为增强体，与桩间土共同承受荷载的地基。钢渣桩具有较高的单桩承载力和抗弯抗压性能，能有效提高地基的承载能力。其工作原理主要包括以下几个方面：

①桩身承载力：钢渣桩身由高强度的钢材制成，具有较高的抗压、抗弯承载力，能够承受建筑物的荷载并将其传递至较坚实的土层或岩层。②桩侧摩阻力：钢渣桩在土层中穿越时，与土体产生摩擦力，增加桩的承载能力。③土拱效应：钢渣桩间土体在荷载作用下产生应力分布，形成土拱效应，使荷载向桩身集中，提高单桩承载力。④群桩效应：多根钢渣桩共同承受荷载，形成群桩效应，使地基承载力进一步提高。

1.2钢渣单桩复合地基的特点

钢渣是炼钢过程中的副产物，具有较高的力学性能和良好的工程应用前景。钢渣单桩复合地基是将钢渣与矿粉混合作为粗细骨料和胶凝材料，形成的一种具有较高承载能力和抗液化性能的复合地基。

1.3钢渣单桩复合地基的研究现状

近年来，许多学者对钢渣单桩复合地基进行了大量研究。通过模型试验和有限元分析，研究了钢渣桩复合地基的承载特性、桩-土相互作用、荷载传递、应力分布和沉降变形等规律。此外，还对钢渣单桩复合地基在软土地基加固、工业废料回收利用和投资成本节省等方面进行了评价。

二、水泥粉煤灰碎石桩复合地基

2.1 工作原理

水泥粉煤灰碎石桩复合地基是一种采用水泥、粉煤灰和碎石等材料制成的新型复合地基。它具有较好的承载能力、抗渗性能和变形特性，适用于多种地质条件。其工作原理主要包括以下几个方面：

①桩身承载力：水泥粉煤灰碎石桩具有较高的单桩承载力和抗弯抗压性能，能有效提高地基的承载能力。②土与桩的相互作用：在荷载作用下，水泥粉煤灰碎石桩与桩间土产生相互作用，形成土拱效应，使荷载向桩身集中，提高单桩承载力。③水泥粉煤灰碎石桩的抗渗性能：水泥粉煤灰碎石桩内部填充有水泥浆，使桩身具有较好的抗渗性能，有效防止地下水对地基的侵蚀。④变形特性：水泥粉煤灰碎石桩具有较好的变形特性，能适应地基的不均匀沉降，保证建筑物的安全稳定。

2.2水泥粉煤灰碎石桩复合地基的特点

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）是一种由水泥、粉煤灰和碎石组成的复合地基。它具有较好的力学性能、抗液化能力和经济效益，适用于多种地基处理场合。

2.3水泥粉煤灰碎石桩复合地基的研究现状

针对水泥粉煤灰碎石桩复合地基的研究，主要集中在桩基承载特性、沉降特性、荷载传递、桩土相互作用等方面。通过模型试验、现场试验和数值模拟等方法，分析了水泥粉煤灰碎石桩复合地基的性能和规律。

三、钢渣单桩复合地基和水泥粉煤灰单桩复合地基对比分析

3.1 施工工艺比较

钢渣桩复合地基的施工过程主要包括钻孔、插桩、灌浆等环节。钢渣桩的高强度和耐磨性使其在施工过程中能够更好地嵌入地层，提高地基的承载能力。此外，钢渣桩还具有抗腐蚀性能好、抗震性能强等优点。但钢渣桩施工过程中对设备要求较高，施工成本相对较高。

水泥粉煤灰碎石桩复合地基的施工过程相对简单，包括钻孔、投放水泥粉煤灰碎石混合料、振实和灌浆等步骤。这种地基类型具有成本低、环保性能好等优点，适用于各类建筑工程的基础处理。然而，水泥粉煤灰碎石桩复合地基的强度和耐磨性相对较低，承载能力有限，不太适用于承载力要求较高的建筑工程。

3.2承载力对比分析

钢渣桩复合地基的承载力高于水泥粉煤灰桩复合地基，这主要是由于钢渣桩由钢渣混凝土制成，具有较高的刚度和较低的压缩性。在竖向荷载作用下，钢渣桩的变形较小，从而降低了地基的沉降。此外，钢渣桩的刚度较大，有利于承受和分散荷载，进一步提高地基的承载能力。这使得钢渣桩在地基工程中具有较高的稳定性和安全性。

水泥粉煤灰桩的强度相对较低，其承载力较钢渣桩复合地基低。原因在于水泥粉煤灰桩的主要原料是水泥和粉煤灰，虽然其具有良好的工程性能，但在强度方面与钢渣桩相比仍有一定差距。这使得水泥粉煤灰桩在地基工程中的稳定性和安全性较低于钢渣桩。

在应力分布方面，钢渣桩单桩复合地基的应力分布较为均匀，且在桩身中部出现应力集中现象。这是因为在施工过程中，钢渣桩能够更好地承受和分散荷载，使应力在桩身内部呈现出均匀分布。而CFG桩单桩复合地基的应力分布则呈现出明显的抛物线形状。这是因为CFG桩在承受荷载时，桩身下部的应力较大，而上部的应力较小，导致应力分布呈现出抛物线形状。

3.3沉降性能对比分析

在沉降性能方面，钢渣桩复合地基的沉降量要小于水泥粉煤灰桩复合地基。在竖向荷载作用下，钢渣桩单桩复合地基的沉降量较小，且随着桩长、桩径和桩体强度的增加，沉降量呈现出减小的趋势。这主要是由于钢渣桩的刚度较大，压缩性较低，这一特性使得钢渣桩在减小地基沉降方面具有显著优势。

而CFG桩单桩复合地基的沉降量较大，且随着桩长、桩径和桩体强度的增加，沉降量呈现出增加的趋势。主要是由于水泥粉煤灰桩的刚度较小，压缩性较高，在竖向荷载作用下，水泥粉煤灰桩的变形较大，导致地基沉降量较大。

3.4荷载传递规律分析

钢渣桩复合地基的荷载传递主要表现为桩身承受大部分荷载，而褥垫层承受较小部分荷载。这一特点源于钢渣桩的刚度较大，使其能够有效承担荷载。在这种情况下，荷载通过桩身向下传递，桩身承受大部分荷载，而褥垫层承受较小部分荷载。

与钢渣桩复合地基不同，CFG桩单桩复合地基的荷载传递更为复杂。在这种情况下，桩身和土层共同承担荷载。桩身承受一部分荷载，并通过桩侧摩阻力和桩端阻力将荷载传递给土层。土层在受到荷载作用后，会发生变形，从而使荷载在土层中进行再分配。这种荷载传递方式使得CFG桩单桩复合地基在承受荷载时具有较好的稳定性。

3.5抗剪性能对比分析

在抗剪性能方面，钢渣桩复合地基表现出较高的抗剪承载力。这主要是由于钢渣桩的强度较高，刚度较大，使得其在承受剪切力时具有较好的抗剪性能。此外，钢渣桩的压缩性较低，有利于提高地基的抗剪性能。

相比之下，CFG桩复合地基的抗剪承载力较低。原因在于水泥粉煤灰桩的强度和刚度较小，压缩性较高，导致在承受剪切力时，桩身容易发生变形，从而降低了地基的抗剪性能。

3.6环境影响对比分析

钢渣桩复合地基和CFG桩复合地基在环境影响方面的表现也有所不同。钢渣桩复合地基在施工过程中，会产生一定的钢渣废料，但如果合理处理，对环境的影响相对较小。同时，钢渣桩具有较高的强度和耐久性，可以降低桩基的维修率和更换频率，从而减少对环境的影响。

相比之下，CFG桩复合地基在施工过程中，会产生较多的水泥和粉煤灰废料，这些废料对环境的影响较大。此外，CFG桩的强度和耐久性相对较低，可能导致桩基的维修率和更换频率较高，进一步加大环境影响。

四、结论与建议

在软土地基加固中，钢渣桩复合地基具有较高的承载力、良好的荷载传递性能和较小的沉降变形。水泥粉煤灰桩复合地基承载力相对较低，且沉降变形较大，适用于对承载力要求不高的工程。在进行地基基础设计时，应根据工程实际情况选择适合的地基处理方法，综合考虑承载力、荷载传递和沉降变形等因素。随着地基处理技术的不断发展和完善，这两种复合地基在未来工程建设中将发挥更大的作用。

参考文献：

[1]卢兰萍,张泽浩,张宇超.水泥粉煤灰碎石桩复合地基对于软基的加固效果研究[J],科学技术与工程，2022(20):8877-8883.

[2]卢忠玉.钢渣混凝土桩在软基处理中的应用研究[J]，西部交通科技，2020(3):146-149.