水泥搅拌桩在某软弱地基场地中的应用

温建兴

1 概述

地基处理是为提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。软弱地基是一种不良地基。在软弱地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题，因而常常需要采取措施，进行地基处理。处理的目的是提高地基的抗剪切强度，降低地基的压缩性，从而减少地基的沉降或不均匀沉降，通过处理用以改良地基土的工程特性。

地基处理的方法主要有置换、挤密、排水固结、胶结、加筋和热学等方法。目前针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法，本文结合某一建筑场地的施工实例，对用水泥搅拌桩处理软弱地基的问题作一些探讨。

2 用水泥搅拌桩进行地基处理的原理

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，通过特制的深层搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水颗粒表面的矿物与土体的水发生水解和水化反应，在颗粒间生成各种水化物，如氢氧化钙、含水硅酸盐、含水铝酸钙等，有的水化物继续硬化形成水泥石骨料，有的与周围具有一定活性的粘土颗粒通过离子交换，凝硬反应和碳酸化作用形成不溶于水的稳定化合物。这样通过一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体，由若干根这类加固土桩柱体和桩间土构成复合地基，共同承担上部荷载。水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120 kPa的粘性土等地基。与刚性桩相比，水泥搅拌桩的桩身强度可与桩的承载力相协调，桩身强度可充分发挥，具有比较经济的特点。同时，水泥搅拌桩还具有施工工期短、适用范围广、对周围环境影响小等优点。

3 工程实例

3.1 工程概况

永定县湖坑镇中心卫生院门诊综合大楼，无地下室，总荷载约70000 kN，其工程概况见表1。

表1 拟建建筑物工程概况

3.2 场地工程地质条件概况

建设场地地貌上隶属湖坑溪的一级阶地，场地高程为341.39 m～342.27 m，高差约0.88 m，场地地形平坦。其南侧为山坡，植被很发育，地下水较丰富，埋藏较浅，水位埋深0.36 m～1.26 m，地下水类型为孔隙型潜水，主要受大气降水、地表水补给影响。场地无活动断裂构造分布，区域地质构造稳定，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第二组，地震特征周期值为0.40 s。

场地内分布的岩土层自上而下为:①杂填土，层厚1.4 m;②粉质粘土，层厚3.6 m～5.3 m;③含泥砾卵石，层厚1.0 m～1.8 m;④强风化花岗岩，层厚1.6 m～3.4 m;⑤中风化花岗岩，最大揭示厚度1.50 m～2.40 m。各岩土层的设计计算指标见表2。

表2 地基土的设计计算指标

3.3 地基处理方案

根据钻探成果可看出，场地上部均分布有②粉质粘土层(底板埋深3.60 m～5.30 m)，该层呈湿～饱和，软～可塑状态，土质含水量高，孔隙比大，抗剪强度低，压缩性高，工程地质性能及力学强度较差，不宜直接作为浅基础持力层。其下部为③含泥砾卵石或⑤中风化花岗岩，由于场地中地下水埋深较浅(0.36 m～1.26 m)，地下水较丰富，不宜采用人工挖孔桩，同时进入场地的道路相对较小，大型机械设备无法进入，桩基础也无法施工。若直接采用天然地基，由于②粉质粘土层工程地质性能及力学强度较差，不能满足地基承载力和地基变形要求，因此须对此场地进行处理。经广泛了解，与设计院、业主沟通，进行经济、技术比较，最后采用水泥搅拌桩对②粉质粘土层进行地基处理后采用独立基础。要求处理后复合地基承载力特征值fspk=180 kPa，且提高②粉质粘土层的压缩模量，减小地基变形。

3.4 水泥搅拌桩复合地基设计计算

根据试配结果，设计采用42.5R硅酸盐水泥，水泥掺入比为20%，水灰比为0.55。

3.4.1 单桩及复合地基设计基本参数

水泥搅拌桩的岩土设计计算指标见表3。

1)桩径:φ=500 mm，桩端面积Ap=0.196 m2，桩的周长Up=1.57 m，桩长L=5.0 m;2)桩身抗压强度平均值:fcu=4000 kPa;3)桩身强度折减系数:η=0.33;4)桩间土承载力折减系数:β=0.40;5)桩端天然地基土承载力折减系数:α=0.40;6)搅拌桩压缩模量:Ep=120 MPa;7)复合地基承载力特征值fspk=180 kPa;8)处理后桩间土承载力特征值fsk=120 kPa。

表3 水泥搅拌桩的岩土设计计算指标kPa

3.4.2 设计计算

1)单桩竖向承载力特征值Ra。单桩竖向承载力特征值Ra，按下列两公式计算，并取其中较小值。

搅拌桩桩顶至基底下0.50 m，桩端进入③含泥砾卵石或⑤中风化花岗岩，取代表性钻孔K2进行计算:

式(1)计算得Ra=0.33×4000×0.196=258 kN;

式(2)计算得Ra=1.57×(15×4.0+80×1.0)+0.4×260×0.196=240 kN。

经比较，取Ra=240 kN。

2)面积置换率m。

3)单桩处理面积Ae。

因此，搅拌桩按方形布置，间距取1.32 m×1.32 m。

4)复合地基(即②粉质粘土)压缩模量Esp。

取代表性钻孔K2进行计算:

经计算，地基经过水泥搅拌桩加固处理后，压缩模量大大提高，承载力满足设计要求，地基变形满足规范要求。

3.5 质量检测及工程效果

1)本工程水泥搅拌桩进行地基处理后，为检验施工结束后水泥搅拌桩的质量，按国家规范本工程进行了复合地基静载试验检测。检测结果见表4，根据检测结果，复合地基能满足要求。2)工程效果。本工程于2010年11月底竣工，根据沉降观测资料，门诊综合大楼的最大沉降量为9.20 mm，符合设计及施工规范要求。

表4 复合地基试验点载荷试验结果

4 结语

工程实践表明，采用水泥搅拌桩复合地基加固多层建筑的地基软土，在提高地基土的承载力及减少地基变形上均能满足设计及有关规范要求，达到了地基处理目的。造价方面，本工程采用水泥搅拌桩复合地基比桩基更省钱，工期更短，取得了较好的经济效益和社会效益。

[1]福建东辰综合勘察院.永定县湖坑镇中心卫生院门诊综合大楼岩土工程勘察报告[R].2009.

[2]福建融诚建设工程质量检测有限公司.永定县湖坑镇中心卫生院门诊综合大楼复合地基静载试验检测报告[R].2009.

[3]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范(2009年版)[S].

[4]JGJ 79-2002，建筑地基基础处理技术规范[S].

[5]林宗元.简明岩土工程勘察设计手册(下册)[M].北京:中国建筑工业出版社，2003.

[6]凌 云.基于粉喷桩处理软弱地基效果分析[J].山西建筑，2008，34(16):107-108.