水泥土搅拌桩在软土地基中的应用研究

水泥土搅拌桩在软土地基中的应用研究

陈琪李亮杨涛

西安市政设计研究院有限公司 陕西省西安市 710068

摘要：随着社会的发展，我国的建筑行业快速进步，人们对建筑要求也在不断提高。现阶段，沿海地区分布有广泛的软弱土层，其承载力低、变形大，工程建设需要进行地基处理，依据该区域某一工程地层分布，通过对桩长、承载力、工期、造价的综合分析，采用水泥土搅拌桩进行地基处理效果更优。本文对水泥土搅拌桩地基处理方法的施工工艺及难点进行了介绍，对其施工后承载力、桩身完整性进行了检测，结果满足规范要求。

关键词：软弱土；水泥土搅拌桩；地基处理；复合地基

引言

不同地域的地质环境条件均不一致，很多建设工程面对着复杂多样的地质情况，所以针对我国地质条件特点，建设工程中软土地基的加固处理至关重要。为了更好地服务于软土地区的建设工程，有必要进一步研究水泥土搅拌桩加固地基施工技术。

1水泥土搅拌桩加固机理

水泥土搅拌桩是一种结合灌注桩与碎石桩优点的地基加固措施。它采用特定的机械将水泥在一定压力下搅入地基土中，并以搅拌的方式使得水泥与地基土相融合，同时通过控制机械导管的位置来控制加固范围和深度。为了加快浆液固结时间，需根据所加固地基土的性质，在浆液中掺入适量减水剂或石灰土。这也可以提高相应土体的强度和变形模量。此外，搅拌速度和施工工艺也会影响地基土体的强度，常见的“四喷四搅”施工工艺可保证泥浆与原地基土较好地混合，减少出现较大块状水泥的情况。

2水泥土搅拌桩在软土地基中的应用研究

2.1水泥土搅拌桩复合地基检测要求

对于水泥土搅拌桩复合地基加固工程，重点检测的时段为前期试桩、成桩28d、成桩90d。对于前期试桩的检测，重点在施工技术参数确定方面，需明确水泥配比、喷浆压力、喷浆速度、浆液量等参数，同时监测加固地基的沉降变化。成桩28d后，对施工工段总桩数的0．5％进行复合地基静荷载测试，测试结果均应大于设计值1．2MPa。成桩90d后，应进行钻孔取芯，检测桩体强度及完整性，检测结果均应大于设计值2．0MPa，检测数量与成桩28d后的检测数量相同。同时，需按照规范要求和设计图检查桩位放样情况。对施工期间所用水泥、施工记录等进行检查，重点检查桩的长度和进入硬层的深度，这些都与基础承载能力有关。

2.2制备水泥土浆液

市政道路建设工程中地基加固的水泥土搅拌桩，是一个有着竖向荷载作用的桩体，所以对其承载力要求较高，为提升水泥土搅拌桩的成桩质量，需要严格按照水泥配比来制备水泥土浆液。一般来说，市政道路建设工程中软土地基有着强度低、压缩性高等特点，所以为降低地基的沉降速率，让水泥土搅拌桩起到加固效果，本文采用普通硅酸盐水泥、水、火山灰以及固化剂来制备水泥土，其中普通硅酸盐水泥主要包括了一系列的硅酸钙，在遇到水之后，这些矿物质就会发生水解与水化反应，从而达到饱和状态，以凝胶体的形式呈现，所以可以起到地基加固的效果。除了水泥的固化之外，本文在制备的水泥土中还添加了火山灰与固化剂，这样制备出的水泥土的强度在一定程度上得到了提升，更能满足市政道路建设工程的要求。那么在确定水泥土的配比时，需要结合室内配比试验，根据下式所示的强度平均值计算公式来进行：

式中，表示市政道路路基加固需要的水泥土搅拌桩强度的平均值；R表示水泥土搅拌桩的桩径；μ表示市政道路路基的填土容重；h表示市政道路路基的填土高度；α表示可以体现水泥土搅拌桩离散性的系数。根据式（2），本文所确定的水泥土配比为水泥：水：火山灰：固化剂=0.55：1：0.36：0.02。在水泥土搅拌机在钻孔内下沉到一定深度后，按照上述配比来制备水泥土，将各个原材料添加在搅拌桶内进行搅拌，最少搅拌5min以上的时间后才能采用制备的水泥土进行注浆成桩。

2.3水泥土搅拌桩复合地基设计方案

根据上述计算结果可知，经水泥土搅拌桩处理后，地基承载力、软弱下卧层承载力及基础沉降均满足要求，故确定最终方案为：采用D600水泥土搅拌桩对地基进行处理，水泥土搅拌桩呈正三角形布置，桩间距为1．0m，桩底高程为－9．00m，桩长为11m。桩基工程完工后，对其相应桩体强度和地基承载力进行检测，均满足规范要求。

2.4地基处理计算

2.4.1初拟桩布置

泵室下方地基拟采用水泥土搅拌桩处理，桩呈正六边形布置，桩径为600mm，相邻桩体中轴线距离均为1.0m，桩底加固深度至－9.00m高程。根据经验，桩长设计为11m。

2.4.2单桩承载力计算

考虑地区经验及桩土结合情况，水泥土搅拌桩的桩身强度折减系数η取0.25。应用式（1）计算单桩竖向极限承载力特征值，结果为84．8kN。

2.4.3复合地基承载力特征值计算

该工程地处江苏地区，单桩承载力发挥系数λ可取1.0，淤泥质粉质黏土层对应的承载力折减系数（桩间土）β取0.3，粉质黏土层对应的承载力折减系数（桩间土）β取0.6。根据设计图，面积置换率m＝0.326。根据式（2）可得，fspk＝0.326×84.8÷（3.14×0.32）＋0.25×（1－0.326）×50＝107kPa。

2.4.4修正后的地基承载力特征值

考虑工程基础埋深大于0.5m，故需要对地基承载力特征值进行修正。由式（3）计算出修正后的复合地基承载力特征值为111.7kPa。结合泵室结构，计算出泵站完建期基底的平均应力为103kPa，小于111.7kPa，最大基底应力为113kPa，小于1.2×111.7＝134.04kPa。所以，修正后的地基承载力满足规范要求。

2.4.5软弱下卧层承载力验算

当地基土为软土时，可不需要进行基础宽度修正，仅进行深度修正即可。选取矩形基础，应用公式（4）计算出软弱层的相应承载力pz＝156.7kPa，pz＜faz＝218.6kPa，满足规范要求。

2.4.6沉降计算

由于水利行业地基处理规范中的地基沉降计算公式引用自建筑行业地基处理的2002版规范，该规范现已作废，新规范为《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）。故本次水利工程的沉降采用新版建筑行业规范中的分层总和法计算，计算深度可取至4层层底，计算取基础中心沉降。考虑基底应力分布较均匀，故取基底平均应力来计算基础沉降。根据变形计算深度范围内压缩模量的当量值Es=7.05MPa，查表得复合地基的沉降计算经验系数Ψs＝0.7。该工程基础中心沉降计算如表1所示。由表1可知，基础中心沉降s＝103．7mm＜［s］＝150mm，满足规范要求。

表1基础中心沉降计算表

结语

地基土层为软土或带有沙性土时，为提高复合地基整体承载力，则要求水泥土搅拌桩不应出现断桩或短桩情况。质检时，应重点注意桩体的均匀性、完整性及复合地基承载力等。当软土层较厚时，应考虑上部建筑物自重对基础的影响，优先选用桩尺寸试算的方法进行计算分析。在选用规范公式时，应结合基础形式、土层特性等概况，认真选用相应折减或修正系数。尤其对沉降、承载力控制要求较高的基础，计算公式中的折减系数建议由原位试验所得，较复杂的地层可根据经验做适当概化，结合施工期监测，保证工程建设顺利开展。

参考文献

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