水泥土搅拌桩地基加固法在大吨位堆重静载荷试验中的应用及计算思路

赵勇刚

（上海申元岩土工程有限公司，上海 200011）

1 概述

桩基质量关系着建筑物的质量以及人民的生命财产安全。目前，桩基质量验收方法主要通过静载荷试验法判定桩基承载力和完整性。常规静载荷试验根据提供不同的反力方式，可分为锚桩横梁反力法和压重平台堆重法。因锚桩试验法需要锚桩，增加成本，所以，常规静载荷试验以堆重静载荷试验为主。堆重静载荷试验前，须先吊运与试验相匹配的重物摆放于检测桩周围，对于大吨位的堆重静载荷试验，要在桩周土上施加较大的附加应力。对试验中基桩所在的桩周土而言，是逐渐卸载的过程，会造成基准桩本身发生变化，影响沉降测量结果。根据《建筑地基与基桩检测技术规程》（DG/TJ 08-218-2017）判断基桩承载力的总沉降一般为40mm，绝对数值不大，附加应力对基准桩的影响显著，严重影响最终沉降测量的结果。因此，如果按照目前采用的桩顶沉降测量手段进行测量，会产生较大的误差。本文介绍了上海市浦东新区某项目的双轴水泥土搅拌桩地基加固处理方案，并对其经济性效果进行了评价。

2 工程实例

2.1 工程概况

本场区地基土属软弱场地土，本次勘察孔范围从地表至地表下80.0m，主要由中压缩性和高压缩性土组成。浅层土分布复杂，地基土参数及承载力特征值如表1 所示，抗压静载荷试验参数如表2 所示。

表1 地基土参数及承载力特征值

表2 抗压静载荷试验参数表

2.2 地基承载力要求

根据上海市工程建设规范《建筑地基与基桩检测技术规程》（DG/TJ 08-218-2017）对单桩竖向抗压静载荷试验的相关要求，堆载平台配重为最大加载量的1.2 倍，需要根据不同吨位和静载设备尺寸，处理该场地的地基。为保证基准桩的稳定性，减小上部堆重对地基施加的附加应力以及对桩周土体沉降的影响，选定合适的砼板尺寸至关重要。

对21 100kN 抗压静载荷试验，选用两块长14m、宽5m、高0.5m 的混凝土板作为支墩。每平方米承载力为25 320÷（14×5×2）=180.9kPa。

在均布荷载作用下，根据国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）计算，钢筋混凝土板配筋为3 层，上、中、下纵筋分别为Φ18@250、Φ20@250、Φ20@200，钢筋型号为HRB400，配筋图详见图1。

图1 加固区混凝土板配筋图

综合以上分析，21 100kN 静载荷试验加固处理后形成的复合地基承载力须满足≥181kPa 的要求。

3 双轴水泥土搅拌桩地基处理加固方案

水泥土搅拌桩以水泥作为固化剂，通过搅拌机将软土和水泥充分搅拌，利用水泥与软土间所产生的物理、化学反应，使软土硬结成具有水稳定性、整体性和一定强度的水泥土。根据场地地质条件及施工经验，鉴于水泥土搅拌法地基加固处理方法通常适用于处理正常固结的淤泥以及淤泥质土，本次静载荷试验桩周土体地基加固处理选用双轴水泥土搅拌桩作为加固方案。水泥土搅拌桩设计主要是确定置换率、桩长和选择水泥掺入量，竖向承载搅拌桩长度根据上部结构对承载力和变形的要求确定。根据以往经验，选择双轴搅拌桩成桩直径为φ700@500mm，以②3层作桩端持力层。以下验算该加固方案的可行性。

3.1 单桩极限承载力标准值计算

根据上海市工程建设规范《地基处理技术规范》（DG/TJ 08-40-2010）对单桩极限承载力标准值计算的相关要求。

fcu——与桩身水泥土配比相同的室内加固土

试块（70.7mm 的立方体），在标准养护条件下，90d 龄期的抗压强度平均值（kPa）；

η——桩身强度折减系数，可取0.4～0.6；

UP——桩的周长（m）；

n——桩长范围内划分的土层数；

i

l ——桩周第i 层土的厚度（m）；

fsi——桩周第i 层土的平均极限摩阻力kPa，按现行上海市工程建设规范《地基基础设计标准》（DGJ 08-11-2018）有关钻孔灌注桩的规定确定。

3.2 面积置换率计算

根据我国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）对有粘结强度增强体复合地基承载力设计值的相关计算公式计算得到面积置换率m。

m——面积置换率；

β ——桩间土承载力折减系数，根据地区经验取0.5；

3.3 等效圆直径计算

根据我国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）由面积置换率m 计算一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。

d——桩身的平均直径（m）；

de——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)。

3.4 桩间距计算

根据我国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）由一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径de计算桩间距s（正方形布桩）。

按正方形布桩，s 为桩间距，取0.7m。

3.5 软弱下卧层的验算

根据上海市工程建设规范《地基处理技术规范》（DG/TJ 08-40-2010）规定，当搅拌桩处理范围存在软弱下卧层时，应按照地基基础设计标准（DGJ08-11-2018）的要求进行下卧层承载力验算。

地基承载力pz≤faz

pz——相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（kPa）；

faz——软弱下卧层顶面处地基承载力特征值(kPa)。

矩形基础计算为：

b——矩形基础或条形基础底边的宽度(m)；

l ——矩形基础底边的长度(m)；

pc——基础底面处土的自重压力值(kPa)；

z——基础底面至软弱下卧层顶面的距离；

θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角（。)。

经验算，软弱下卧层承载力符合要求。

3.6 试桩地基加固经济性评价

双轴水泥土搅拌桩水泥掺量不少于15%，建议水灰比在0.5～0.6 范围内，双轴水泥土搅拌桩28d 无侧限抗压强度标准值不小于0.8MPa。双轴水泥土搅拌桩复合地基，在基础和桩之间设置褥垫层，从地面起去除往下50cm 的翻浆高度，褥垫层材料可以选用最大粒径不超过20mm 的级配碎石，褥垫层夯实度不宜大于0.9。本次试桩所需的水泥、支墩混凝土板、褥垫层的碎石等费用按照现行的市场行情而定，计算明细如下。

水 泥 土：0.7×6×296×185=229 992 元( 一 组296 根)

支墩：14×5×0.5×2×1 000=70 000 元 （每个长14m、宽5m、高0.5m）

褥垫层：16.8×7.4×0.5×500×2=62 160 元

共计：229 992+70 000+62 160=362 152 元

4 结语

由于桩周土附加应力会较大地影响基准桩的稳定性，且对桩身产生负摩阻力，增加桩顶沉降，容易导致静载荷试验沉降测量出现较大误差。本文通过水泥土搅拌桩处理大吨位静载荷试验为试桩桩周土提供了具体的计算思路。水泥土搅拌法地基加固处理方法适用于处理正常固结的淤泥以及淤泥质土，从经济性角度考虑也是合理的选择。