简述夯实水泥土桩在某污水厂工程中的应用

张高森

摘要 ：本文以某污水厂工程为例，介绍一下夯实水泥土桩在工程实际中的应用，该场地地表之下为湿陷性黄土状土，经勘查计算，需要对该地基进行处理，提高承载力，消除不均匀沉降。根据现场实际情况的具体分析，以及对以往湿陷性黄土场地所用的地基处理方案，进行对比优选，决定采用夯实水泥土桩复合地基体系。本文详细的介绍了该水泥土桩在工程实例中的设计过程。

关键词 ：夯实水泥土桩 桩基 地基处理

该工程场地原为耕地，在地貌上属于太行山山前冲洪积平原，地形平坦。本次勘察查明在钻探所达53.0米深度范围内，除表层填土之外，主要地层均为第四纪冲洪积成因形成的粘性土、粉土和砂类土。根据其岩性和物理力学性质自上而下分为13个工程地质层。②③④及⑤层具有湿陷性，湿陷系数在0.000至0.059之间，具不均匀湿陷性。勘察场地位于构造相对稳定地坪，无新构造活动迹象，本次勘察未发现不良地质作用。静止水位深埋在35.80至36.00米，标高为31.40至31.55米，水取样化验分析，地下水对砼无腐蚀性。

根据湿陷实验结果，自①层素填土底面开始计算自重湿陷量。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）该场地为非自重湿陷性场地，地基湿陷等级为一级（轻微）。分析数据可看出构筑物初沉池和生物池场地需要考虑地基湿陷性，需要进行地基处理。需要提高的地基承载力值不大，主要减小地基的不均匀沉降，建议采用夯实水泥土桩复合地基方案，以⑦层粉质土为桩端持力层。

夯实水泥复合地基，具有提高地基承载力（50%-100%）通常复合地基承载力可达180～300kPa。降低压缩性，材料易于解决，施工机具设备，工艺简单，施工方便，工效高，地处理费用低。夯实水泥土桩通过两方面作用使地基强度提高：一是成桩夯实过程中挤密桩间土，使桩周土强度有一定程度提高；二是水泥土本身夯实成桩，且水泥与土混合后可产生离子交换等一系列物理化学反应，使桩体本身有较高强度，具水硬性。处理后的复合地基强度和抗变形能力有明显提高。目前该项技术已在北京、河北等地大量工程中应用，产生了巨大的社会经济效益，夯实水泥土桩混合料采用水泥和土，造价低廉，节省了大量建筑资金。较其它处理方法（素砼桩等）节省费用50%以上。由于夯实水泥土的强度等级一般小于等于C5，因此处理的深度应加以限制。当采用洛阳铲成孔时，宜小于6m，当处理深度大于6m时，此时由于施工工艺所限，效率太低，因此不宜采用。

夯实水泥土桩的设计方案：

设计需处理的基础持力层为第⑤层黄土状粉土（地基承载力特征值fak为140KPa）以及下卧层⑥层粉土（地基承载力特征值fak为110KPa），不能滿足设计要求，需进行处理。设计要求复合地基经处理后承载力特征值≥150kPa（200kPa）。

根据岩土工程勘察报告和设计要求，桩端穿过⑤层黄土状粉土进入⑦层粉质粘土层，桩顶标高61.00m，第⑥层粉土底标高最低处为56.61m，桩长设计采用综合方法，有效桩长取5.00m（褥垫层厚度按0.15米考虑），施工桩长为5.15m，基础底标高60.35m处有效桩长取4.5m，施工桩长为4.65m，桩端进⑦层粉质粘土层。

夯实水泥土桩的参数选取：

桩径：d=350mm；

桩长：有效桩长5.00m（4.50m），保护桩长为0.15m，施工桩长5.15米（4.65米）；

布桩形式：根据基础形状矩形布桩；局部根据基础尺寸进行调整；

桩体材料采用1：7水泥土料，水泥为P.S 32.5硅酸盐水泥，土料过10-20mm筛，或用机械粉碎。

褥垫层：在水泥土桩桩顶与基础砼垫层间设置150mm厚中粗砂或碎石褥垫层，褥垫层铺设夯填度应满足规范要求，其作用是保证桩、土共同工作，减少基础底面的应力集中，削减地震等水平荷载影响。

夯实水泥土桩施工工艺采用：“机械成孔、机械夯实”。

夯实水泥土桩的计算参数：

设计桩径d=350mm，桩长：有效桩长5.0m（4.50m），保护桩长为0.15m， 桩顶⑤层黄土状粉土承载力特征值fak=140kPa，⑥层粉土承载力特征fak=110kPa，桩周土侧阻力特征值分别为⑤层19.5kPa、⑥层16.0kPa和⑦层22kPa，桩端土层的端阻力特征值为320kPa。

夯实水泥土桩的设计计算公式：

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002 ），复合地基承载力计算公式为：

fspk=m·Ra/Ap+β·（1-m）·fsk

Ra=α·Qp·Ap+Up·∑Qsi·Li

式中：fspk--复合地基承载力特征值（kPa）

m—面积置换率

Ra—单桩竖向承载力特征值（kN）

Ap—桩身截面积，0.0962m？

β—桩间土承载力折减系数，取0.9

fsk—处理后桩间土承载力特征值，取⑥层粉土天然地基承载力特征值110kPa

Qp—桩端阻力特征值（kPa）

Up—桩身周长（m）

Qsi—桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa）

li—第i层土的厚度（m）

设计计算：

①单桩竖向承载力特征值确定（单桩承载力特征值实取91KN）

②置换率计算

③桩距s确定（实际布桩时，在满足置换率要求且布桩整体均匀的前提下，根据础平面图基础特点来确定布桩形式）

④复合地基承载力验算

⑤桩数确定

⑥单桩竖向承载力特征值验算

⑦下卧层验算

在设计的时候应注意的几点：桩多采用条基（单排或双排）或满堂布置，桩体间距0.75-1.0米，排距0.65-1.0米。水泥土桩在基础边线内布桩，必要时也可在基础外设置护桩，基础边线至桩中心的最小距离小于1.0D，但同时也不宜大于1.5D；水泥土桩桩长应根据工程地质情况、工程要求将桩端选在较好的持力层，桩端进入持力层应不小于1-2倍桩径，桩长最长不宜超过10.0米；夯实水泥土强度标准值为28d龄期试块的无侧限抗压强度，夯实水泥土桩水泥土混合料配合比的设计应根据工程对桩体强度的要求、土料性质、水泥品种标号确定，一般取取水泥与土的体积比1：5～1：8；在基底下宜铺100～300毫米的褥垫层，当桩体承担较多荷载时，褥垫层厚度取小值，反之取大值。褥垫层材料可采用中砂、粗砂、碎石或级配砂石；地基基础设计等级为甲级建筑物、地质条件复杂的场地、在同一场地内地基处理面积较大或缺乏经验时，复合地基承载力特征值按现场复合地基载荷试验确定；机具设备以及材料要求，成孔机具采用洛阳铲或螺旋钻机；或震动打套管成孔。夯实机具用偏心轮夹杆式夯实机，或吊锤夯实机。夯锤重量不小于60千克，锤径不大于270毫米，落距不小于700毫米。水泥用强度等级32.5的普通硅酸盐水泥，要求新鲜无块结，土料应用不含垃圾杂物，有机质含量不大于8%的基坑挖出的粘性土，破碎并过20毫米的孔筛或粉碎机粉碎。