碎石桩加水泥土搅拌桩复合地基的应用

于德国，郑敏丽， 张 彬，宁亚瑜，徐鑫哲

(盘锦职业技术学院 建筑工程分院，辽宁 盘锦 124000)

由两种或两种以上不同类型增强体，或者同一类型增强体所采用的材料、工法不同，或者同类增强体工法相同而采用不同长度或不同直径与桩(增强体)间土组合形成的复合地基称为多桩型复合地基。多桩型符合地基适用于处理不同深度存在相对硬层的正常固结土，或浅层存在欠固结土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土，以及地基承载力和变形要求较高的土[1]。用于处理可液化土或软黏土地基可以采用“碎石桩加CFG桩”复合地基、“碎石桩加水泥土搅拌桩”复合地基、“塑料排水板或砂井加水泥土搅拌桩”复合地基。

1 工程情况

盘锦市体育中心位于盘锦市东南部辽东湾新区金帛湾水城中心地带，4号路南侧的近海区域。该建设项目总占地面积48公顷，总建筑面积愈13万m2，总座席数46225位,其中网球馆建筑面积8890 m2，座席数2452个,是辽宁省全运会场馆[2]。工程建成后可举办地区性比赛和全国单项比赛。由于盘锦体育中心场地土为吹填土，工程开工时，吹填仅完成几年，地基承载力不能满足要求，并且地下土含有粉砂夹粉质黏土层，为液化土层，需要进行地基处理。

2 地质情况

勘探深度内所揭露的地层岩性主要为素填土、粉质黏土、粉砂夹粉质黏土、粉质黏土粉砂互层、粉质黏土夹粉砂及粉细砂等[3]，根据其时代、成因及工程地质性质，划分为几个工程地质层，工程地质剖面图如图1所示。

(1)素填土(Q4mc)：灰色、黄褐色，土质松散，主要由粉质黏土、粉土、粉砂等组成。该层零星分布于场地表层，层厚0.50～2.20m，层底埋深0.50～2.20m，层底标高2.67～0.64m。

(2)粉质黏土(Q4mc)：黄褐色，呈软塑～可塑状，黏性较强，无摇振反应，无光泽，韧性及干强度中等，可见铁质浸染，局部为黏土。局部夹少量粉砂或粉土，底部粉土、粉砂夹层较多。该层分布普遍，层厚0.50～4.40m，层底埋深0.50～6.00m，层底标高1.83～-3.26m。

(3)粉砂夹粉质黏土(Q4mc)：灰色，饱和，松散，矿物成分以石英为主，夹粉质黏土薄层，呈软塑～可塑状态，黏性较强，层理较明显，局部含少量贝壳。该层分布不连续，层厚1.10～6.00m，层顶埋深0.70～5.70m，层顶标高1.71～-2.89m[4]。

(4)粉质黏土粉砂互层(Q4mc)：灰色，粉质黏土软塑，局部为黏土；粉砂饱和，松散，互层厚度多在3～10mm，层理明显，干强度及韧性低～中等，无摇振反应，含少量贝壳，局部夹淤泥质粉质黏土，呈流塑状态。该层分布普遍，层厚3.40～15.90m，层顶埋深0.60～9.30m，层顶标高1.83～-5.94m。

(5)粉砂夹粉质黏土(Q4mc)：灰色，饱和，稍密，局部松散，矿物成分以石英为主，夹粉质黏土，呈软塑～可塑状态，黏性较强，层理较明显，局部含少量贝壳。该层分布较普遍，层厚1.80～10.70m，层顶埋深9.60～18.50m，层顶标高-7.05～-16.34m。

(6)粉质黏土(Q4mc)：灰色，可塑，黏性较强，局部为黏土，无摇振反应，韧性及干强度中等，刀切面较光滑，局部夹粉砂薄层。该层分布较普遍，层厚1.40～7.50m，层顶埋深12.70～21.70m，层顶标高-10.48～-19.69m。

勘察期间各孔均见地下水，为第四系松散岩类孔隙水，赋存于粉砂层中，微具承压性，其补给来源主要为大气降水入渗及地下水侧向径流，以蒸发及地下径流形式排泄。地下水位受海水潮汐作用影响较大，涨潮时地下水位明显上涨。勘察期间实测，地下水位埋深0.35～1.40m，平均0.9m左右，最高水位高程2.15m，因此抗浮设计水位可按高程2.15m考虑。该区地下水位变幅一般在1.0m左右。

图1 工程地质剖面图

3 地基处理

3.1 处理方法

由于地质情况不良，难以保证比赛场地的地基承载力。因此，网球训练馆比赛场地的地坪采用碎石桩+水泥土搅拌桩复合地基处理，处理范围为尺寸为55.38m×39.45m，处理后复合地基承载力不小于80kPa。打桩施工在现状地表进行。碎石桩以及水泥土搅拌桩的桩径均为500mm，碎石桩的桩长为16.5m，并且应保证碎石桩穿透粉砂夹粉质黏土的液化土层，桩端进入下部的粉质黏土层，碎石桩总计布桩4305根。水泥土搅拌桩的桩长为13.5m，桩端应进入粉砂夹粉质黏土层，水泥土搅拌桩总计布桩1256根。碎石桩桩体材料为碎石，碎石粒径为2.0～4.2cm，含泥量小于5%。水泥土搅拌桩的桩体材料水泥采用PSA32.5水泥，水泥掺入量为50kg/m，水泥浆水灰比为0.5～0.6。桩位剖面示意图如图2。

桩施工完成后，清理表层虚土并进行碾压处理，最后在桩顶以上铺设500mm厚砂石垫层并夯实。

图2 桩位剖面示意图

3.2 桩体间距

桩体的间距不宜大于桩直径的4.5倍，对于松散粉土和砂土地基，桩体间距应根据挤密后要求达到的孔隙比确定。对于正方形布桩，

式中：s—桩体间距；

ξ—修正系数，对于振动沉桩可取1.1～1.2；

d—砂石桩直径；

e0—地基处理前砂土孔隙比；

e1—地基挤密后要求达到的孔隙比。

确定碎石桩及水泥土搅拌桩的桩间距为1.40m×1.40m。桩位布置图如图3。

水泥土搅拌桩及碎石桩的面积置换率为

图3 桩位布置图

3.3 地基承载力特征值

对于水泥土搅拌桩，按土层性质计算单桩承载力特征值为

式中：αp—桩端阻力发挥系数；

qp—桩端端阻力特征值；

qsi—桩周范围内第i层土的厚度；

li—桩长范围内第i层土的厚度；

Ap—桩底截面积。

按桩身材料强度计算单桩承载力特征值为

Ra1=ηfcuAp=0.25×2000×π×0.252=98.125kN，

式中：η—桩身强度折减系数，湿法取0.25；

fcu—边长70.7cm的立方体在标准养护条件下90d期龄的立方体抗压强度平均值，kPa；

Ap—桩身截面积。

各土层力学指标见表1。取数据小的值，水泥土搅拌桩的承载力特征值为98.125kN。

表1 各土层力学指标

复合地基的承载力特征值为

式中：λ1—单桩承载力发挥系数；

β—仅由散粒体材料加固处理形成的复合地基承载力发挥系数；

n—仅由散粒体材料加固处理形成复合地基的桩土应力比；

fsk—仅由散粒体材料加固处理后桩间土承载力特征值。

经过地基处理后的地基承载力特征值为194kPa，大于上部结构要求的80kPa，能够满足设计的要求。

4 技术要求及检测

4.1 碎石桩的施工

碎石桩采用振动沉管施工工艺，施工顺序为：移动桩机，对准桩位；启动振动锤沉管；向管内填料；边振动边拔管；反插。孔内的碎石填料量通过现场试验确定，估算时可按设计桩孔内体积乘以1.2～1.4的充盈系数确定。施工前应进行成桩工艺和成桩挤密试验。施工时，在基础外缘的扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的二分之一，且不应小于5m。在施工过程中，宜从外围或两侧向中间进行，施工时桩位偏差不应大于套管外径的30%，套管垂直度允许偏差为±1%。处理完成后采用标准贯入试验来检测地基土的抗液化性。

4.2 水泥土搅拌桩的施工

水泥土搅拌桩采用湿法施工工艺，施工顺序为：搅拌桩机就位调平；搅拌至设计深度；边喷边搅边提升；复搅。全桩长上下至少重复搅拌一次，桩顶下三分之一要加搅一次，当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s。在水泥浆与桩端土充分搅拌后，开始提升搅拌头，注浆泵的额定压力不宜小于5.0MPa。成桩7d后，采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆面下0.5m)，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径。检查量为总桩数的5%。成桩后3d内，可用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性。检查数量为总桩数的1%，且不少于3根。

4.3 地基承载力的检测

在地基处理完成后，对复合地基的承载力进行检测，检测结果见图4。从检测结果来看，经过地基处理之后，碎石桩加水泥土搅拌桩复合地基的承载力能够满足要求。

图4 复合地基静载荷试验Q-S曲线

5 结语

(1)由于本工程地基承载力不能满足工程的要求，并且存在液化土层，因此，采用碎石桩加水泥土搅拌桩的地基处理方法，能够很好地解决以上的问题，并且降低了工程的造价。

(2)由于本工程为全运会场馆，经过地基处理，加速了土体的固结，大大缩短了工期，保证了工程的按期完工，目前应用情况良好。

(3)碎石桩加水泥土搅拌桩可以因地制宜，根据场地情况采用不同的桩径、桩长、桩间距进行调整，以满足工程的要求，具有广阔的应用前景。