海相软土地区水泥搅拌桩设计研究

马 宁

（滨州城投工程咨询有限公司， 山东 滨州 256600）

1 工程地质概况

该工程场区属于海相冲击及坡积准平原地貌，属海陆交互处，为粉砂淤泥质海岸。场区内自上而下土层分布为：①层粘土、②淤泥类土（②-1 淤泥夹粉细砂、②-2 淤泥、③黏土④强风化泥岩。主要的物理力学指标参数如下：①层黏土厚度0.5～1.9m，天然重度18.46kN/m3，压缩模量3.63MPa，粘聚力18.5kPa，摩擦角6.8°；②-1 淤泥夹粉细砂厚度0.5～1.0m，天然重度17.11kN/m3，压缩模量2.64MPa，粘聚力7.9kPa，摩擦角4.3°；②-2 淤泥厚度4.5～5.5m，天然重度16.35kN/m3，压缩模量1.9MPa，粘聚力7.3kPa，摩擦角3.2°；③粘土厚度1.8～3.9m，天然重度19.32kN/m3，压缩模量5.52MPa，粘聚力25.7kPa，摩擦角6.9°。

2 加固方案选择

《建筑地基处理技术规范》中有规定：水泥土搅拌方法适用于以下几种地基，包括正常固结的淤泥和淤泥质土、素填土、粉质土、饱和黄土、黏性土以及无流动自由地下水的饱和松散砂质土等地基。当地基土的天然含水量小于3%(黄土含水量要小于25%)和大于70%或者地下水的pH 值小于4 时不适宜采用。特别是处理泥炭土、有机质土等塑性指数Ip 大于25 的黏土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，必须通过现场试验确定其可用性。

本项目地区海相软土的天然含水率在39.5%～50.8%之间，pH 值为8.01，土层中基本以粘性土和淤泥质亚粘土为主，天然地基承载力为70kPa 左右。因此采用水泥搅拌桩（干法）来进行加固本项目地区海相软土地基。

由《建筑地基处理技术规范》有关规定得知，水泥搅拌桩的长度应该根据上部承载结构对承载力和变形的具体要求来确定，并适当穿过软弱土层延伸至承载力相对较高的土层地区。采用湿法加固时，加固深度不宜大于20m，干法加固不宜大于15m，且水泥土搅拌桩的桩径不宜小于500mm。根据该工程的勘察资料以及场区内各场段地貌特征以及地层岩性特征，将水泥搅拌桩的长度初步设计为8.0m，桩径为600mm。

3 置换率的确定

水泥搅拌桩面积置换率就是等于每根桩的断面面积和每根桩所能承担并处理的地基横截面积的比值。所以如果桩间距越小则面积置换率就越大，因此改变面积置换率可以改变复合地基的复合模量，从而可以得出面积置换率越大，复合地基的最终沉降量就越小，但只是增大面积置换率则会直接导致工程造价过高。面积置换率m 的公式如下：

d—桩身的平均直径；de—一根桩承担地基面积的等效圆直径。

按正方形布桩，桩间距1.5m，桩径0.6m，因此面积置换率为12.56%。

4 水泥的掺入比

根据水泥搅拌桩的施工工艺和成桩特点，水泥搅拌桩是将水泥固化剂（浆体或粉末） 就地与软土充分搅拌而成，是水泥与土的硬化体，与软土不同，其是属于有结构的介质材料。水泥土结构性的强弱与水泥的掺入比有关，水泥土的强度随水泥掺入比增加而增大，且随龄期增长而提高，而且当水泥掺入比小于12%时，在相同水泥掺入比的情况下，水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长，变化也不是很大，但是当水泥掺入比大于12%时，水泥土的抗压强度的增长速度随着龄期的增长明显比水泥掺入比小于12%时快很多。因此为了得到更好的水泥土抗压强度，水泥的掺入比大于12%为宜。海相软土天然含水率较高，在39.5%～50.8%之间。有研究表明，水泥土的无侧限抗压强度随着含水率的逐渐增大而减小，并且随着含水率的不断增大，水泥土无侧限抗压强度的衰减速度逐渐变快。同样，由于海相软土的土体中含有较多的盐分，平均含盐量为4.43%，因此含盐量对水泥土的无侧限抗压强度的影响也是需要考虑的问题。有研究含盐量对普通硅酸盐水泥的强度影响时得出，在含盐量超过3.5%时，对水泥土强度的影响起到抵制左右，否则相反。

通过对水泥固化剂的掺入比的分析，以及对工程施工经济合理的综合考虑，可以选择抗压强度为32.5MPa 的高抗硫硅酸盐水泥作为固化剂，并且掺入比应不小于12%，因此可将水泥设计掺入量确定为62～75kg/m，即掺入比为12%～15%，室内水泥土试块的无侧限抗压强度最高可达2.5MPa。

5 施工工艺

水泥搅拌桩复合地基加固软土地基的效果主要取决于施工质量，对于一般的软土地基，可以选择一喷一搅，或者一喷两搅等施工工艺就可以达到成桩要求，但是对于海相软土，地基土天然含水率相对较高，渗透系数相对较小，不利于土与水泥灰的水化反应，容易形成桩体周边或桩体局部水泥浆富集和桩体中夹杂泥块等现象，使桩体不连续，从而造成加固达不到预期的效果。因此为了水泥固化剂与地基软土之间均匀充分的接触，同时使水泥的水解水化反应进行的更加彻底，以达到较好成桩要求，从而得到较高的水泥土抗压强度和复合地基承载力，故而本工程选用两喷四搅的施工工艺，且使每根桩的正常成桩时间不得少于40min。

1、设计参数：（1）桩径600mm；桩长8.0m；（2）置换率：12.56%；（3）固化剂：采用32.5﹟高抗硫硅酸盐水泥；（4）水泥掺入量不少于75 kg/m，即掺入比为12%；（5）水泥搅拌桩提升速度≤1m/min；（6）桩芯28 天无侧限抗压强度应符合的要求即桩顶至2/3 桩长范围内不小于0.85MPa；2/3 桩长至桩尖范围内不小于0.65MPa。单桩竖向抗压承载力标准值不小于170kN，5 根单桩复合地基承载值标准值不小于170kPa。

2、施工流程：场地平整→放线定位、桩位放样→布置钻机→预搅拌→正循环搅拌至设计深度→反循环提升钻头并喷粉→至工作面以下0～3m 深度→第二次搅拌下钻至设计深度→反循环提钻喷粉至地表→桩体成型。