水泥土搅拌桩在实际工程的应用

摘要：本文通过工程实例，介绍了水泥土搅拌法在软土地基加固的应用，水泥搅拌桩复合地基的计算方法及设计中应注意的问题。

关键词：水泥搅拌桩；复合地基；假想实体基础；沉降计算

Abstract: this paper through the engineering example, the paper introduces the method of mixing in soft soil foundation reinforcement, the application of cement mixing pile composite foundation and the calculation method of design in the problem that should notice.

Keywords: cement mixing pile; Composite foundation; Imaginary foundation entity; Settlement calculation

中图分类号： TU525文献标识码：A文章编号：

1前言

水泥土搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种较常用的地基加固方法。它是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，边钻进边往软土中喷射液或雾状粉体，在地基深处就地将软土固化成为具有足够的强度、变形模量和稳定性的水泥土，从而达到地基加固的目的。这种施工方法不再向地基中注入附加水分，这样能充分吸收周围软土中的水分。因此加固后，地基的初期强度较高，对含水量高的软土其加固效果尤为显著。另外，施工中无噪声、无振动、无污染，对周围环境和建筑物也无不良影响，所以，该技术在国内外得到广泛应用。

2工程实例

2.1 工程概况

某车间为钢结构，建筑面积3800m2,主体结构采用桩基础。兴建单位要求首层使用荷载除图中注明要求外要达到50KN/ m2,根据地质钻探资料反映，必须对地基进行处理，使地基承载力能达到承荷要求，地基沉降能满足使用要求。现采用水泥土搅拌桩对地基进行处理。

2.2 水泥搅拌桩复合地基的设计

水泥搅拌桩，桩径ø500,有效桩长10m，固化剂选用强度等级为32.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量15%，水灰比为0.50,要求水泥土抗压强度ƒcu≥1200KPa。土的物理力学性质指标见表一。

表一土的物理力学性质指标

2.2.1水泥搅拌桩单桩竖向承载力的设计计算

取R=η. ƒcu,k.Ap或 Rk=qSi.Up.ℓ+α.η. Ap.qp 其中的较小值。

式中R――单桩竖向承载力标准值(KN);

ƒcu,k――与搅拌桩加固土配比相同的室内加固土试块的90d龄期的无侧限抗压强度平均值（KPa）;

Ap――桩的截面面积 (m2);

η――强度折减系数，η=0.43;

qSi――桩间土的平均摩擦力;

Up――桩周长;

ℓ――桩长;

qp――桩端天然地基土的承载力标准值（KPa）;

α――桩端天然地基土的承载力折减系数，取0.4;

R=η. ƒcu,k.Ap=0.43x1200x0.196=101 KN

R=qSiUp.ℓ+α.η. Ap.qp

=1.57x(7x0.6+6x3.9+20x1.9+30x2.7)+0.4x0.196x33=256 KN

侧取Rk=100 KN

2.2.2水泥搅拌桩单桩复合地基的设计计算

ƒsp,k= m. R /Ap+β(1-m) ƒs,k

式中ƒsp,k――复合地基承载力标准值(KPa);

m――面积换率,取m=0.12;

ƒs,k――桩间天然地基土承载力标准值(KPa);

β――桩间土承载力折减系数, 取β=0.5;

ƒsp,k=0.12x100/0.196+0.5(1-0.12)20=70 KPa >50 KPa

满足使用要求,搅拌桩平面布置见图二

2.2.3验算假想基础底面(下卧层地基)的承载力。

由于每根搅拌桩不能充分发挥单桩的承载力的作用,故应按群桩作用原理进行下卧层地基验算,即将搅拌桩和桩间土视为一个假想的实体基础,考虑假想实体基础侧面与土的摩擦力,验算假想基础底面的承载力。根据本工程的实际情况现选取1/D轴至1/E轴交2轴至9范围内的搅拌桩作为一个整体进行验算。

ƒ`= ƒsp,k.A+G-qS. As- ƒs,k(A-A1)< ƒ

A1

ƒ= ƒak+ηd.rm(d-0.5)

ƒ`――假想实体基础地面压力 (KPa);

A1――假想实体基础底面积 (m2);

A1=(43-0.5-0.68)x(4.82-0.4-0.4)=168.1 m2

G――假想实体基础自重（KN）；

G=(18-10)x10x168.1=13448 KN

AS――假想实体基础侧表面积 (m2);

AS=(41.82+4.02)x2x10=916.8 m2

qS――作用在假想实体基础侧壁上的平均容许摩擦力，qS=6;

ƒs,k――假想实体基础边缘软土的承载力 (KPa);

ƒ――假想实体基础底面经修正后的地基土承载力 (KPa);

ƒak――地承载力特征值的经验值 (KPa), ƒak=150;

ηd――基础埋深的承载力修正系数，ηd=1.0;

rm――基础底面以上各土层的加权平均重度;

rm=(16.7-10)x0.6+(14.7-10)x3.9+0+78.9x2.7

10

ƒ= 150+1.0x7.3(4.02-0.5)=175.7 KPa

ƒ`=50x168.1+13448-6x916.8-20(207.7-168.1)

168.1

=92.6 KPa< ƒ=175.7 KPa

验算满足要求。

2.2.4水泥土搅拌桩沉降计算。

水泥土搅拌桩复合地基变形S的计算,包括搅拌桩群体的压缩变形S1和桩端下未加固土层的压缩变形S2之和,即S= S1+ S2。

①搅拌桩群体的压缩变形S1;

S1=(P+PO) ℓ

2EO

P= ƒsp,k.A - ƒs,k(A-A1)

A1

PO= ƒ`-γpℓ

E O= m E p+(1-m) E s

式中 P―桩群顶面的平均压力(KPa);

PO―桩群底面土的付加压力(KPa);

E O―桩群体的变形模量(KPa);

E p―水泥土搅拌桩的变形模量(KPa);

E S―桩间土的变形模量(KPa);

E S=(16.9X0.6+3.9X0.97+0+5.8X2.7)/10=2.05MPa

γp―桩群底面以上土的加权平均重度（N/ m2）

PO=92.6-7.3X10=19.6 KPa

E O=0.12X136.9+(1-0.12)2.05=18.23 MPa

P=50X207.7-20(207.7-168.1)

168.1

=57.1 Kpa

S1=57.1+19.6)X103X10X103

2X18.23X106

=21mm

②桩端下未加固土层的压缩变形S2;

S2=ψs(-)

式中ψs ―沉降计算经验系数

， ψs=1.1；

③最终沉降量；

S= S1+ S2=21+1.1x13.6=35.96mm

2.3水泥土搅拌桩质量控制措施

1）基础和桩之间设置褥垫层,褥垫层厚度为250mm,采用中砂、粗砂。

2）现场地面标高与设计标高尚有一定距离，在回填时必需分层回填并夯实，以保证减小日后沉降。

3）施工前必须清除地上和地下的障碍物，并应进行工艺性试桩，试桩数量不得小于2根，对较软弱土层应增加搅拌次数 。

4）搅拌头翼片的枚数、宽厚、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数和提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。

5）停浆面为设计标高±0.000。开挖时应将搅拌桩桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。

6）施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位偏差不得大于50mm，成桩直径不得小于500mm。

7）所使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。拌制水泥浆液的罐数、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录；喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的检测仪器进行自动记录。

8）搅拌机喷浆提升速度和次数必须符合施工工艺的要求，并应有专人记录。

9）当水泥浆液到达出浆后，应喷浆搅拌30s,在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。

10）施工时如因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。若停机超过三小时，宜先拆卸输浆管路，并妥加清洗。

11）地基处理后应依据规定，对承载力检验采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。

参考文献：

[1]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002.

[2]《建筑地基基础设计规范》GB50070-2002.

[3]《水泥土搅拌法处理地基》机械工业出版社.

[4]《地基处理与托换技术》中国建筑工业出版社.

作者简介:

本人于2001年6月毕业于五邑大学土木工程系,于2002年6月在新会建筑设计院有限公司从事结构专业设计工作至今，并于2008年12月评为建筑结构设计工程师。我从2004年2月起业余修读中国地质大学土木工程本科课程并于2007年1月合格毕业。

廖玉桂(1978―)，女，广东新会人，建筑结构设计工程师，主要从事建筑结构设计工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。