水泥土搅拌桩在池州市天生湖一站地基 处理中的应用

程从稳 张志彪

（1 池州市建设工程质量安全监督处， 安徽 池州 247100；2.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司， 安徽 合肥 230000）

1 工程概况

天生湖一站位于池州市西郊的国家5A 级旅游景区杏花村天生圩，区域防洪标准为50 年一遇，设计排涝标准为20 年一遇24h 暴雨地面不积水，现状防洪排涝设施基础薄弱，随着杏花村文化旅游区的建设发展，严重影响了区域经济社会的可持续发展。

天生湖一站设计参数表

泵站建筑物包括：前池、泵房、压力汇水箱、排涝出水涵等，采用正向布置，依次位于同一轴线上，轴线与天生圩堤防正交。前池顺水流方向呈矩形布置，前池总长20.35m，净宽17.0m；泵房为堤后式，底板厚0.8m，顺水流方向长26.20m；泵房出水侧设压力水箱，压力水箱末端与排涝出水箱涵连接。排涝出水涵为两孔，孔口尺寸为2.5×3.0m，总长56m。[1]

2 工程地质

经地质调查和钻探揭露勘察成果，土层自上而下分别为：

堤身填土(Q4ml)：以重、中粉质壤土为主，主要分布在堤防及堤防两侧，灰黄色，软可塑，湿，局部堤脚处因河水浸泡呈软塑状，中等～中等偏高压缩性。层厚1.50～9.00m，层底高程8.99～6.53m。

①层 (Q4al)：重粉质壤土，灰～灰黄色，软可塑为主，中等压缩性，层厚0.60～4.20m，层底高程7.24～3.57m.

②层(Q4al)：淤质重中粉质壤土，灰色，软塑，局部软可塑，高压缩性，具层理，夹薄层细砂，层厚0.90～9.20m，层底高程4.19～-7.30m。

②1层(Q4al)：细砂，灰色，松散～稍密，饱和，局部夹淤泥质土，中等压缩性。层厚1.40～3.60m，层底高程2.29～0.32m。

③层(Q4al)：细砂夹粉质壤土，灰色，稍密，饱和，局部互层状，互层厚度0.2～0.5m；层厚1.20～3.90m，层底高程-4.73～-8.50m。

④层(Q3al+pl)：砂卵砾石，杂色，稍密，局部中密，饱和，砾石次棱角状，直径0.2～0.5cm，充填物为粉质壤土及中粗砂。最大揭露厚度6.80m，对应底高程-14.30m。

⑧层(K)：砾岩夹泥岩，棕红、灰白色，砾石直径 0.5～3cm，磨圆度较好，未钻穿，最大揭露厚度1.70m，对应底高程-13.74m。

工程区地下水类型主要为孔隙水，孔隙潜水赋存于上部的填土和（淤泥质）粉质壤土中，工程区基本地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

泵房底板高程约4.80m，位于①层重粉质壤土、②层淤泥质重中粉质壤土和②1层细砂夹淤泥质土中，承载力fak=65kPa，强度较低，不宜直接作为天然地基，建议采取粉喷桩补强措施或采用桩基础，以④层砂卵砾石或⑧层砾岩夹泥岩为桩端持力层。②1层细砂夹淤泥质土渗透性较强，应采取一定的防渗处理措施。[2]

3 水泥土搅拌桩介绍

水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，用回转的搅拌叶片将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成泥加固体。[3]

水泥土搅拌桩可分为浆液搅拌法和粉体搅拌法，粉体搅拌法加固深度不超过15m，浆液搅拌法加固深度不超过20m，主要用于处理淤泥、淤泥质土等软弱土层。

水泥土搅拌桩可用单、双、多头搅拌等搅拌形成加固体；湿法搅拌通常插入型钢形成排桩墙。

4 单桩竖向承载力及复合地基承载力计算

根据同类工程设计经验，水泥粉喷桩直径采用0.5m，水泥掺入比按15%计，水泥粉喷桩桩间距取1.0m 呈梅花形布置，桩土置换率为0.196，桩底深入③层细中砂夹粉质壤土层或⑤层重粉质壤土层以下1.0m 控制。

搅拌桩形成的水泥土桩体与桩周土组成复合地基共同承担建筑物荷载，由于二者刚度相差较大，如何分担建筑物荷载较为复杂，目前按《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）[4]中公式计算。

水泥土搅拌桩单桩竖向承载力，与桩周侧阻力及桩端阻力有关，也与水泥土的配比及其强度有关，分别按式1 和式2 计算，并取按两式分别计算的小值做为搅拌桩的单桩竖向承载力。按式3 计算复合地基承载力。

式中：up—桩的周长（m）；

qsi—桩周第i 层土的侧阻力特征值（kPa）；

lpi—桩长范围内第i 层土的厚度（m）；

αp—桩端端阻力发挥系数；

qp—桩端端阻力特征值（kPa ）；

式中：fcu—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，边长为70.7mm 的立方体在标准养护条件下90d 龄期的立方体抗压强度平均值；

lpi—桩长范围内第i 层土的厚度（m）；

αp—桩端端阻力发挥系数；

qp—桩端端阻力特征值（kPa）。

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—桩的截面积（m2）；

β—桩间土承载力折减系数，可取0.75～0.95；

fsk—处理后桩间土承载力特征值（kPa），可取天然地基承载力特征值。

通过计算，天生湖一站地基经加固后，水泥土搅拌桩单桩承载力98.1kPa，复合地基承载力特征值为135.03kPa，大于各主要建筑物的最大基底应力，满足规范要求。

5 复合地基沉降计算

泵房地基采用水泥粉喷桩加固处理，处理后形成的复合地基，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）条文7.3.2（9）计算变形，包括粉喷桩复合土层的平均压缩变形S1（式4）与桩端下未加固土层的压缩变形S2（式5）。

式中：pz—复合搅拌桩土层顶面附加压力值（kPa）；

pz1-复合搅拌桩土层底面附加压力值（kPa）；

Esp—复合搅拌桩土层的压缩模量（kPa）；

Ep—搅拌桩的压缩模量（kPa）；

Es—桩间土的压缩模量（kPa）；

m—面积置换率。

式中：s—地基最终沉降量（cm）；

ψs—沉降计算经验系数；

n—地基沉降计算范围内所划定的土层数；

Esi—基础底面下第i 层土压缩模量（MPa）；

zi、zi-1—泵房基础底面至第i 层土、第i-1 层土的距离（m）；

αi、αi-1—础底面计算点至第i 层土、第i-1 层土底面范内平均附加应力系数；

po—基础底面处有效附加压力。

天生湖一站泵房基础的最大沉降量为77.6mm，最小沉降量为53.6mm，最大沉降差为24mm，满足规范中对最大沉降量（150mm）和沉降差（50mm）的要求。

6 结语

经以上计算可知，水泥土搅拌桩处理后地基承载力及地基变形均满足规范要求。水泥土搅拌桩作为软土地基处理的一种有效形式，目前已在越来越多的工程中得到应用，本文通过单桩竖向承载力、复合地基承载力以及复合地基沉降量计算方法的描述，为软弱地质条件下的水泥土搅拌桩地基处理设计提供参考。