浅析水泥土搅拌桩的设计与应用

余 萌 陈 波

（四川省建筑设计院，四川 成都 610000）

一、工程概况

某工程为16层建筑，框架结构，设计一层地下室，在工程桩试开挖时由于地下岩溶发育，地下水水量相对较大，因此原设计拟用的人工挖孔桩基础不可用。如果采用筏板基础形式，又需要对场内的软弱土层进行加固处理，该软弱土层厚约5m，处理后的地基承载力特征值需达到220Kpa。经过实地考察，分析、论证各种地基处理方案后，确定基于技术可靠、经济合理、施工便利的原则而采用水泥土搅拌桩工艺进行地基处理。场地工程条件如下：①结构松散的杂填土，主要成分包括碎石、碎砖、少许粘土，呈褐色，平均层厚约为2m，承载力60Kpa；②流塑-软塑状淤泥，呈灰褐色，平均层厚1m，承载力60Kpa；③结构稍松散的淤泥质土，呈灰褐色，平均层厚约1m左右，承载力90Kpa；④结构紧密的可塑状粉质粘土，呈褐黄色，揭露层约超过10m，承载力220Kpa。

二、水泥土搅拌桩设计方案

（一）地质条件参数与水泥土搅拌桩技术参数

按照相关建筑规范并结合实际的地质报告，该工程各土层的相关技术参数如下：①层杂填土的承载力为60Kpa，桩四周摩擦力为8Kpa，平均厚度2m；②层淤泥，平均厚度1m，桩周土摩擦力6 Kpa；③层淤泥质土，平均厚度1m，桩周土摩擦力10Kpa；④层可塑状粉质粘土，承载力为220Kpa，桩四周土摩擦力18 Kpa。

复合地基承载力特征值为220Kpa，桩间土承载力特征值为60Kpa；设计桩径50cm；桩长5m，其中持力层1m；桩周长1.57m，桩截面积0.196m2；桩端天然地基承载力折减系数取0.5；桩间天然地基承载力折减系数取0.75，设褥垫层；桩身强度折减系数取0.33，桩端地基土承载力特征值220 kPa。

（二）计算过程

单桩承载力计算公式如下：

Ra=Up∑qsili+αApqp=1.57×(8×2+6×1+10×1+18×1)+0.5×0.196×220=100.06 kN

式中Up为桩周长；Ap为桩截面积；qp为桩端地基土承载力特征值；α为桩端天然地基土承载力折减系数，取0.5。此处单桩承载力取100kN。

置换率计算公式如下：

fspk=mRa/Ap+β (1-m)fsk220=m×100/0.196+0.75×(1-m)×60m=0.376

式中fspk为复合地基承载力特征值；fsk为桩间土承载力特征值；β桩间土承载力折减系数，取0.75；

桩身强度计算公式如下：

Ra=ηfcu(90d)Apfcu(90d)=100/(0.33×0.196)=1.55MPa

则 fcu(28d)=0.7×1.55=1.09MPa,

取fcu(28d)=1.1MPa。

式中η为桩身强度折减系数，取0.33。

搅拌桩布置为正方形，桩间距设s，则：

m=0.196/s2=0.376

则s=0.722 m。

取 s=0.7m，则 m=0.196/(0.7×0.7)=0.4。按桩间距s=0.7 m正方形布置搅拌桩，桩数1140根。

经过上述计算后利用配合比试验确定固化剂与掺入比，如果使用普通水泥，水泥掺入比为15%，水灰比为0.75，此时基于标准养护条件的水泥强度为3.1 MPa；结合实际施工经验，水泥土现场强度折减系数取0.5，水泥土现场强度则为1.55MPa，符合设计要求的1.1MPa.

（三）水泥土搅拌桩设计方案

经过处理的复合地基承载力特征值至少在220 kPa，桩径为50cm；桩长5m，进入持力层1m，总桩数为1140根；采用水灰比为0.75的普通水泥，水泥掺入比为15%，水泥土桩身强度至少在1.1 MPa；每桩均进行四搅四喷，提升速度不得大于每分1m；水泥土搅拌桩复合地基上要设置中粗砂褥垫层，厚度约为50cm。

三、水泥土搅拌桩施工检测

（一）施工工艺

具体而言，水泥土搅拌桩施工流程如下：首先进行场地的平整与清理，然后测放轴线，确定桩位；桩机准备就位后进行水泥浆的配置，第一次喷浆搅拌下沉至设计桩端标高位置，提升搅拌至地面，第二次喷浆至设计桩端标高的位置，并提升搅拌至地面，此时完成了一根桩的施工，然后进行下根桩位的施工。施工过程中要注意，在进行场地的平整与清理时，要把场地上部多余的土方运至场外，将场地内的障碍物，比如大石块或者旧基础等清除干净，保证施工场地的平整度；在测放轴线与桩位时对现场轴线、桩位测放的准确度要求较高，保证桩位测放误差≯20 mm；在开钻前要对准桩位标志，下钻过程中对中误差不得超出5cm；保证桩机主动钻杆的垂直度，其误差调整不得超过1.5%；水灰比取0.75，如果水泥浆配置好后超过两个小时，则要放弃使用；在搅拌成桩过程中要严格遵守设计方案的要求，保证上长升或者下沉速度的均匀性。

（二）施工质量控制要点

具体而言施工质量控制的要点从以下两个方面着手：其一，施工准备阶段，要求将施工现场所有的障碍物清理干净，包括空中、地下与地面等各处，保证施工的安全性；严格按照设计图纸进行现场的平面布置，做好打桩施工流水；对基础轴线进行复核，确定出每个桩位后要做好标记，偏差要控制在2cm以内；由于桩长需要进入持力层，因此要在桩机上增设一台卷扬机施加反压；保证进场水泥的质量合格。其二，搅拌成桩阶段，需要控制起吊设备的平整度，而且导向架对地面的垂直度也要保证，桩机左右两条轨道的高差控制在10cm以内，桩的垂直偏差控制在桩长的1.5%以内。严格控制水泥掺入量，水泥掺入比为15%，计算出每根桩的水泥用量，与经过严格调的下沉与提升速度相结合，控制送浆泵的送浆速率；如果出现停电或者停水等导致断浆，一定要重新搅拌，搅拌桩的搭接长度至少在50cm以上。为了对搅拌桩的垂直度进行监测，可以在钻塔上悬挂吊锤；为便于后续监测、计量桩长，需要在钻塔上做好标尺标记，与地质报告相结合，再按照搅拌机电流、下沉速率的变化等因素做出准确判断，保证搅拌桩桩长1m进行持力层。

（三）质量检测

在本工程中所用到的检测检验方法有多种，其贯穿了整个施工过程，具体包括以下几项：第一，现场开挖，在施工初级阶段需要进行开挖检查，在选择搅拌桩时其比例为0.5%，开挖沉度需要达到深约3m的淤泥土层；要直观的观测桩身的情况，保证水泥土搅拌的均匀性，胶结的密致性，以及较高的桩体成型与较高的桩体强度。第二，进行轻便触探试验，现场施工过程中共进行15组轻便触探试验，在三天龄期内触探击数为20~40击/30cm，根据工程经验并参考相关文献，可以确定出桩身的强度范围在300~500 kPa。第三，水泥土的强度试验，该试验共分以下几个步骤：（1）需要制作试块进行水泥强度的试验，在施工阶段每天均采用现场搅拌好的原位水泥土浆液制作试块，试块的规格为70.0mm×70.7mm×70.7mm。试块的数量共计30组，通过相关试验结果可以看出，水泥土在28天其抗压强度范围处于1.10~3.6MPa之间，与设计要求完全相符；（2）进行钻心取样，取样过程由监理单位随机完成，取样比例为水泥土搅拌桩的1%，钻心取样过程中采用手持工程钻机，在桩顶处完成，钻心取样数量为12组，将其切割成试块后再进行抗压试验，取得桩身的实际抗压强度，从试验结果可知水泥土在28天时其强度范围可达1.10~3.6MPa，与设计要求相符；（3）进行复合地基载荷试验，在进行该实验选点时要遵循地质条件最差、施工质量有怀疑、承载受力最大的原则，经过设计单位、监理单位以及勘查单位进行综合分析比较，最终确定出试验点的位置，然后进行双桩复合载荷试验；（4）在楼房施工过程和使用过程中进行沉降观测。施工至±0.00时设置沉降观测点，以后每增加一层荷载观测一次。楼房竣工后，按规范规定的条件进行观测，直至沉降达到稳定。沉降观测结果表明，无论是最终沉降量还是沉降差均满足规范的规定。

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[2]涂序龙.论水泥土搅拌桩在建筑地基处理中的质量控制[J].民营科技，2011（4）.

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