浅谈柱锤冲扩夯实水泥土桩法的应用

吕 洋

（阳泉新宇岩土工程有限责任公司， 山西 阳泉 045000）

1 简介

随着煤矿企业兼并重组的项目的增多，大量的建设用地存在深厚不等的素填土或杂填土等软弱地基，这类土除了具有明显的浸水湿险性外，其承载力较低，自重压密性及强度低、高压缩性，土的性状也十分复杂。以往对于类似这样的场地，一般采用换填法或灌注桩基础来进行处理，工期长、成本大，且存在安全隐患。针对这样的情况，采用柱锤冲扩夯实水泥土桩法可以较好的处理这样的问题，该工法施工简便灵活、速度快、造价低、质量容易控制，处理后复合地基均匀性好、地基强度较高，被广大设计人员和建设单位所接收，取得良好的经济社会效益。

2 作用机理

柱锤冲扩夯实水泥土桩复合地基由夯实水泥土桩、桩间地基土及柔性褥垫层三部分组成，共同承担上部结构荷载。

（1）水泥与土搅拌，水泥颗粒与水发生化学反应，生成氢氧化铁等多种水化物，有的水化物自身继续硬化形成水泥石骨架，有的与有一定活性的黏土颗粒形成较大的团粒，使得水泥土的强度提高；水泥和土体在柱锤连续夯实做一些重新排列，体积压缩，密度增大，提高水泥土的密实强度。

（2）在夯实过程中，回填水泥土拌和料被夯击密实，同时对桩间土有侧向深层挤密作用，承载力得到提高，充分发挥了桩间土的承载作用。

（3）在建筑物基础和复合地基加固区之间设置柔性褥垫层。不仅可以保证各类桩体与地基土形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效改善复合地基浅层的受力状态，可以减小桩土荷载分担比、提高桩间土的抗剪强度、提高桩体承受竖向荷载的能力等。

3 成桩工艺

采用直径300～500mm、长度2～6m、质量1～8t 的柱锤，通过起重机、步履式夯扩桩机将柱锤升至一定高度后自动脱钩下落冲击土层，在孔内分层填入水泥土拌和料，而后继续冲击，形成复合地基。每个桩孔应夯实至桩顶设计标高以上至少0.5m，上部桩孔用原基槽土进行封夯。施工顺序采用间隔进行。

4 设计

柱锤冲扩夯实水泥土桩设计参数包括：桩位布置、桩径、桩间距、桩长、材料、单桩竖向承载力特征值及复合地基承载力特征值。

（1）桩位布置：处理范围应大于基底面积，也可只在基础外缘扩大1～2 排桩。桩位布置采用正方形、矩形、三角形或梅花形。

（2）桩径与桩间距：桩径可选择300～600mm，桩间距宜为2～4 倍桩径。

（3）桩长：当相对硬层的埋深不大时，可按相对硬层埋深确定；当相对硬层埋深较大时，应按建筑物地基的变形允许值确定。

（1）材料：土料中有机含量不得超过5%，不得含有冻土或膨胀土，使用时应过10～20mm 筛，混合料含水量应满足土料的最优含水量ωop，其允许偏差不得大于±2%，土料与水泥应拌和均匀。现场控制标准为“手握成团、落地开花”。

（5）单桩竖向承载力特征值Ra 的取值应复合下列规定：

（a）当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2；

（b）当无单桩载荷试验资料时，可按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）计算。

(6)复合地基承载力特征值应通过现场地基载荷试验确定，初步设计时可依据地基物理力学指标及4.5 条中单桩竖向承载力特征值进行计算。

5 工程实例

阳煤集团某煤矿任务楼位于山西省平定县张庄镇南后峪村以东，拟建场地属侵蚀性黄土丘陵地貌单元，地形起伏较大。基础形式为独立基础，基础埋深4.1m，要求地基承载力不低于200 kPa。

地层情况为：第①层 素填土：黄褐色或杂色，松散，干～稍湿，成份以回填的粉土、砂土和粉质粘土为主，局部为耕土，含煤屑、碎石、砾石、砖块、建筑垃圾等杂质，回填时间近30 年，该层厚度8.50～8.80m。第②层 碎石：灰褐色、浅黄色或杂色，稍密～中密，次棱角～次圆状，母岩成分以砂岩为主，大小混杂，粒径一般2～15cm 之间，碎石含量约50～75%之间，局部见大块漂石，以中粗砂及细砾等充填，平均层厚1.30m。地基承载力特征值240 kPa。第③层 粉质粘土：灰褐色，稍湿，可塑，干强度高，韧性高，稍有光泽反应，局部夹含薄层中砂，偶夹块石。平均层厚5.5m。地基承载力特征值200 kPa。

设计方案：根据拟建场地现状、基础形式，结合处理范围内的工程地质条件，决定采用柱锤冲扩夯实水泥土桩进行处理。以建筑物基础设计外边线外扩一排所圈定的范围为设计处理范围。采用正方形布桩，桩径400mm，桩间距1.2m×1.2m，桩体强度4.0Mpa，基槽开挖至设计基底标高后，以柱锤冲扩挤密成桩。选择下部第②层碎石层作为桩端持力层，施工时根据柱锤冲扩速度判定是否至第②层碎石，桩端持力层要求入②层碎石层0.5m。桩孔填料采用3：7（体积配合比水泥3：土7）水泥和土进行配合。填料时用分段夯填，混合料的压实系数不小于0.93。成桩后，先从桩顶标高开始向下凿除0.3m，铺设0.3m 厚的褥垫层，垫层材料选用级配良好的碎石、粗砂或中砂，最大粒径不宜大于20mm。垫层铺设时应压（夯）密实，夯填度（褥垫夯实后的厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。

治理检测：在施工完成后，通过载荷试验对复合地基承载力进行检测，根据检测数据结果得出复合地基承载力基本值为220 kPa，满足设计要求。同时在后期对任务楼进行了沉降观测，变形满足要求。

6 总结

煤矿企业正处于一个兼并重组和股份制改革、煤炭资源整合的时期，中小煤矿被收购，各地的煤炭资源得到优化整合。由于山西的地理环境特殊，工程地质条件复杂，大部分黄土具有湿险性，同时对原始沟壑地段进行了人工回填，对新建建筑物地基产生影响。如何最大限度的节约对煤矿工业建筑的建设投资，是摆在企业面前的首要任务。经过大量的工程实践，采用柱锤冲扩夯实水泥土桩进行地基处理可有效的解决湿险性黄土及回填土带来的工程地基隐患问题，是一种投资少、施工速度快，效果好的方法，具有很好的推广价值。