水泥土搅拌桩基本性质及应用

蔺少松

（中国中轻国际工程有限公司，北京100026）

水泥土搅拌桩基本性质及应用

蔺少松

（中国中轻国际工程有限公司，北京100026）

水泥土搅拌桩设计原理是利用水泥(或其他类似材料,如石灰)作为固化剂,通过特制搅拌机械,在一定深度范围内地基土与水泥等固化剂强行搅拌,固化后形成具有抗渗止水性和一定强度的水泥土桩,并与桩周土体共同承担上部荷载。论文阐述了水泥土搅拌桩在实际工程中的应用，通过设计、计算以及现场试验结果分析，验证了搅拌桩设计的合理可行性。

搅拌桩；置换率；复合地基

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.016

1 水泥搅拌桩地基处理方法在工程中的应用

1.1 工程概况

某车间长度为130m，宽度为60m，高度为15.5～24.6m，共3层。该车间采用框排架结构，其中5m及9m平台采用钢筋混凝土框架结构，10m以上为钢筋混凝土排架结构，屋顶采用两连跨30m梯形钢屋架和双层彩钢板屋面。

岩土工程勘察报告中土层分布如下：

第1层粉质黏土填土层厚度约为层厚0.20～8.50m，疏松，结构均一性差，工程地质条件差，不宜作为拟建建筑物天然地基持力层；地基土承载力特征值（fak）为100kPa，压缩模量平均值3.0 MPa；侧阻力特征值（qsi）10kPa，建议采用深层搅拌桩进行地基处理。

第2层粉质黏土填土层,厚度约为层厚0.20～8.50m，强度较高，中等压缩性，是桩基础良好桩端持力层；地基土承载力特征值（fak）为200kPa，压缩模量平均值7.3 MPa；侧阻力特征值（qsi）14kPa，桩端地基土承载力特征值（qp）200 kPa,建议采用深层搅拌桩进行地基处理。

1.2 水泥土搅拌桩承载力确定

车间5m及9m平台楼面活荷载标准值均为20kN/m2。屋面不上人。经整体建模计算后底跨部分柱底轴力为2500kN，高跨部分柱底轴力为4100kN。

根据工程上部计算柱底内力，初步确定地基处理后承载力特征值为160～180kPa；根据要求达到的地基承载力，应按公式先计算面积置换率m，再推算出桩间距。

1.2.1 地基承载力特征值为160kPa

桩径600mm，截面面积Ap=0.282m2，桩周长L=1.88m，桩长li=3.9m（桩体进入第一层土3.4m，第二层土0.5m），抗压强度平均值fcu=2.0MPa（实验室提供现场取土试验后提供结果）。

单桩竖向承载力标准值：

Ra=ηfcuAp[1]=0.3×2000×0.282=169.3kPa（桩身材料强度控制）Ra=UpΣqsili+αqpAp[1]（桩周土和桩端土抗力提供）

=1.88×（10×3.4+14×0.5）+0.45×200×0.282=102.46kPa桩身材料强度所控制的承载力值大于桩周土和桩端土所提供的承载力值，满足要求。复合地基承载力特征值：fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk[1]

160 =m×102.46/0.282+0.8×(1-m)×100；m=0.282

面积置换率：m=d2/de2[1]=0.62/de2=0.282；de=1.13矩形布置de=1.13S[1]；间距S=1m

式中，η为桩身强度折减系数，取0.3；Up为桩的周长，m；qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa；li为桩长范围内第i层土的厚度，m；qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值，kPa；α为桩端天然地基土的折减系数，可取0.4～0.6,承载力高时取低值；β为桩间土承载力发挥系数，取0.8；fsk为处理后桩间土承载力特征值，kPa,无试验资料时可取天然地基承载力特征值；d为桩身平均直径，m；de为根桩分担的处理地基面积的等效圆直径，m；m为面积置换率。

1.2.2 地基承载力特征值为180kPa

桩径600mm，截面面积Ap=0.282m2，桩周长L=1.88m，桩长li=5.0m，抗压强度平均值=2.0MPa，桩长li=5.0m（桩体进入第一层土4.5m，第二层土0.5m）。

Ra=ηfcuAp[1]=0.3×2000×0.282=169.3kPa Ra=UpΣqsilpi+αpqpAp[1]

=1.88×（10×4.5+14×0.5）+0.45×200×0.282=123.14kPa桩身材料强度所控制的承载力值大于桩周土和桩端土所提供的承载力值，满足要求。

fspk=m·Ra/Ap+β·(1-m)fsk[1]

180 =m×123.14/0.282+0.8×(1-m)×100；m=0.282

m=d2/de2[1]=0.62/de2=0.282；de=1.13

de=1.13S[1]；间距S=1m

设计过程中配置桩径600mm，700mm两种直径，通过调整桩长度和间距，在不同的位置要求达到不同的承载力，计算过程同上，不一一列举。

2 水泥搅拌桩单桩及复合地基载荷试验报告结论

1#桩（位于高跨部分）：桩长4.2m，桩径600mm，间距1.0m，置换率0.282，设计要求地基承载力特征值为180kPa；最大试验荷载405kPa，最大沉降量63mm，最大回弹量5.03mm，回弹率7.88%，s/b=0.006对应的荷载值182kPa（s为载荷试验承压板的沉降量；b为承压板宽度），地基承载力特征值为182kPa。载荷试验点计算后的变形模量22.13MPa。

2#桩（位于烟囱位置）：桩长3.45m，桩径700mm，间距1.0m，置换率0.384，设计要求地基承载力特征值为160kPa；最大试验荷载360kPa，最大沉降量62mm，最大回弹量5.38mm，回弹率8.58%，s/b=0.006对应的荷载值171kPa，地基承载力特征值为171kPa。载荷试验点计算后的变形模量20.80 MPa。

3#桩（位于高跨部分）：桩长4.65m，桩径700mm，间距0.9m，置换率0.474，设计要求地基承载力特征值为160kPa；最大试验荷载407kPa，最大沉降量61mm，最大回弹量5.05mm，回弹率7.88%，s/b=0.006对应的荷载值174kPa，地基承载力特征值为174kPa。载荷试验点计算后的变形模量21.16MPa。

3 水泥搅拌桩在工程设计应用中的注意事项

1）搅拌法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土等地基。

2）深层搅拌设计前必须进行室内加固试验，针对现场地基土的性质，选择合适的固化剂及外掺剂，为设计提供各种配比的强度参数[2]。加固土强度标准值宜取90d龄期试块的无侧限抗压强度。

3）在水泥土强度在2.0MPa时，桩长越短，桩周土提供的单桩承载力特征值越小，此时复合地基承载力受水泥土强度控制，需要加大置换率，缩小间距来满足要求，不一定经济合理。

4）当设计需要较高的复合地基承载力时，建议适当增加桩长、桩径来解决，桩侧和桩端阻力发挥到最大，以达到经济合理的效果。

5）国产搅拌机械设备工作压力小[2]，限制了搅拌桩的施工质量，设计中桩的长度不宜超过10m。

6）在基础设计沉降计算中应注意，土层的深度和压缩模量都应按处理后的土层厚度输入，变形模量需实验室提供的搅拌桩压缩模量及桩间土的压缩模量按置换率计算得出。计算结果应与实际试验结果进行比较，相差较大时应调整桩长，并选择较好的桩端土层。

7）在基础与桩顶间设置300mm厚的砂石垫层，充分调动桩间土的承载力，同时避免桩头破损。利用垫层的扩散作用，加大软土的受力面积，可将搅拌桩布置在基础以外，但超出范围不宜大于桩径。

4 结语

水泥土搅拌桩最大限度地利用了原土，加固后土体的重度基本不变，不会产生附加沉降；本文结合工程实例，对水泥土搅拌桩进行了合理的确定,计算结果和实际工程建设验证了搅拌桩设计的合理性和可行性,实现了较好的社会经济效益。

【1】龚肖南.地基处理手册（第三版）[K].北京:中国建筑工业出版社,2008.

【2】JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范[S].

Basic Properties and Application of Cement-soil Mixing Pile

LIN Shao-song
(ChinaLightIndustryInternationalEngineeringCo.Ltd.,Beijing100026,China)

Thedesignprincipleofthecement-soilmixingpileisasfollows.Cement(orothersimilarmaterials,suchaslime)isusedascuring agent.Cementsuchasfoundationsoilandcuringagentsaremixedforciblyinsomedepththroughspecialmixingmachines,andthecement-soil pile with impermeability and certain intensity is formed after solidification,which will bear the upper load with the soil around.This paper expoundstheapplicationofthecement-soilmixingpileinactualprojects.Throughdesignandcalculation,andtheanalysisofthefieldtestresults, thereasonablefeasibilityofthemixingpileisproved.

mixingpile;replacementratio;compositefoundation

TU472.3

A

1007-9467（2016）10-0036-02

2016-09-28

蔺少松（1980～），男，河北承德人，工程师，从事结构设计研究。