深层搅拌桩地基加固技术

【摘要】地基基础是建筑工程的重要组成部分，其基础的处理不仅仅关系着整个工程的质量，还关系着广大人们的生命。深层搅拌桩地基加固技术是建筑工程中常见的一种地基处理技术，本文主要是结合工程实际，从设计与施工以及质量控制的角度对其进行分析。

【关键词】建筑工程；软土地基；深层搅拌；施工； 应用

一、工程与地质概况

该工程为某工业厂房， 总面积约2107m2。据岩土工程勘察报告， 地基土为厚度较大的软土层， 为提高软土地基的承载力和减少沉降量， 充分发挥该厂有限的厂区地坪， 经过多方案比较后，决定采用桩直径Φ500间距1000mm长8m的深层搅拌桩加固软土地基，其场地需要回填约7.48m，地基土层分布分别为：（1）层含碎石粉质粘土，地基承载力特征值fak=140kPa；（2）层碎石混粉质粘土，地基承载力特征值fak=300kPa。（3）层全风化花岗岩，地基承载力特征值fak=200kPa。以下均为花岗岩。

二、深层搅拌桩桩的基本原理

深层搅拌桩加固软土地基的基本原理： 基于水泥加固土的物理化学反应过程。它与混凝土的硬化机理有所不同， 混凝土的硬化主要是水泥在粗填充料中进行水解和水化作用， 所以凝结速度较快。而在水泥加固土中， 由于水泥掺量很小， 水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质土的围绕下进行的， 所以硬化速度缓慢且作用复杂， 因此水泥加固土强度的增长过程也较混凝土缓慢 。

三、深层搅拌法的设计

1、水泥选择为42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比0.50～0.55，水泥掺入比（掺加的水泥重量和软土湿土重量之比）αw=15%，根据《特种结构地基基础工程手册》可知：fcu=1.35MPa；由于地基持力层位于（1）层含碎石粉质粘土，地基承载力特征值较大，桩长较大，回填深度较大，预估单桩竖向承载力特征值由桩身材料强度确定控制。由《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中可得：Ra=μfcu Ap=0.3x1.35x2502x3.142/1000=79.53kN； μ=0.3，fcu=1.35MPa，Ap= 2502x3.142=196375mm2 。

2、复合地基承载力特征值预估

根据临近项目分层压实处理场地经验，分层压实且待90天后场地地基承载力特征值 ≥90kPa，根据《建筑地基处理技术规范》可知：fspk=mRa/Ap+β（1-m）fsk=0.196x79.53/（0.196375）+0.80（1-0.196）x90=79.4+57.9=137.3 kPa，计算得m= Ap/A=196375/10002=19.6%。

3、复合地基总桩数

改项目占地总面积约A=2107m2。复合地基面积置换率m=19.6%， 桩径d=500mm ，需要处理面积A1=Am=421.9 m2，桩数n=421.9/0.196375=2148根，考虑实际布桩时误差及边缘布桩因素，实际桩数为在2240根。对于部分场地回填较深部分可以根据实际情况酌情补桩，以满足设计要求。

4、复合地基的沉降计算

竖向承载深层搅拌桩复合地基的总垂直沉降S包括桩土复合层本身的平均压缩变形S1和桩土复合层底面以下土的沉降量S2，即S=S1+S2。考虑到桩底部地基较好，同时在分层回填施工结束后一段时间的场地自沉降，桩土复合层底面以下土的沉降量S2不考虑，本工程仅考虑深层搅拌桩复合地基平均压缩变形S1。根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012可知，桩土复合层的压缩变形S1可按下式进行计算：S1=（Pz+Pz1）l/（2Esp）。再根据公式计算出桩土复合体变形模量和桩身水泥土变形模量。最终看出经过处理后复合地基的变形模量Esp比未处理回填土压缩模量ES是否有所提高，若有所提高则满足基础沉降量的规范要求。

四、施工工艺

深层搅拌复合地基的性质在很大程度上取决于水泥搅拌桩桩身的质量，即桩身水泥土的强度和搅拌的均匀程度，而桩身水泥土的强度和拌合程度是由施工工艺决定的。因此，施工时应根据工程实际情况采用合理的施工工艺。根据现场试验， 确定采用技术成熟的“四搅四喷”的成桩工艺。该工艺可使水泥浆和软土均匀拌和， 达到最佳的水泥浆灌入量。

1、定位： 整套设备根据实际地形安装到达指定桩位并对中。

2、预搅下沉： 启动深层搅拌机的电机， 放松起吊钢丝绳， 实施钻井作业。使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉， 下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制， 为1.1 m/min～1.2 m/min， 工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢， 可从输浆系统输送清水， 以利钻进。

3、制备水泥浆： 深层搅拌机预搅下沉的同时， 做好每根桩的水泥用量计算， 即按设计的配合比拌制水泥浆， 在压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

4、喷浆搅拌提升： 深层搅拌机下沉到达设计深度后， 开启灰浆泵， 待水泥浆达到喷浆口后， 按照设计确定的提升速度边喷浆，边旋转， 边提升搅拌机。提升过程中严格检查喷灰量是否达到设

计要求。

5、重复搅拌： 深层搅拌机提升到设计加固深度的顶面标高时， 集料斗中水泥浆正好排空， 关闭灰浆泵。再重复上述五个步骤， 按设计要求实行“四搅四喷”。

6、清洗： 向集料斗中注入适量的清水， 开启灰浆泵， 清洗管路中残留的水泥浆， 并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。

7、移位： 重复以上步骤， 进行下一根桩的施工。

五、施工质量控制

1、施工前已清除地上及地下的障碍物，回填分层压实；搅拌桩施工严格遵照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）及相关的规范标准进行。

2、试桩及桩位误差：试桩3根；桩位水平成桩误差不超过50mm，垂直度偏斜不超过1.0%H。

3、做好施工准备工作，按规程要求平整，清理场地，标定深层搅拌机械的灰浆泵输浆量、输浆速度、走浆时间，来浆时间、总的碰浆时间、搅拌提深速度等施工参数，并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比和施工工艺。

4、通过整袋水泥数量控制水泥用量，保证水泥掺入比。

5、施工使用的固化剂必须通过加固土室内试验检验方能使用。固化剂浆液应严格按预定的配比拌制。制备好的浆液不得离析，泵送必须连续，拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。

6、搅拌机喷浆提升的次数和速度应该符合施工工艺的要求。对于部分搅拌下沉困难桩位，采用适量冲水，同时放慢提升速率。

六、结束语

从设计、施工到现场情况，本场地采用深层搅拌法进行回填土软土地基加固处理是成功的。经深层搅拌桩法（水泥浆搅拌）加固处理的地基，其复合地基承载力特征值、弹性模量均较天然地基有显著提高，场地沉降量减小明显。深层搅拌法对软土地基的处理有着良好的加固效果，以及较好的经济效益，希望为以后进一步的推广及发展提供参考。

参考文献：

[1] 顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，汪时编.《地基与基础》第三版，2003年

[2] 中华人民共和国行业标准 《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002

[3] 朱炳寅，娄宇，杨琦编著《建筑地基基础设计方法及实例分析》，2007年