軟土地基水泥土攪拌法計算中的參數研究

李 斌

軟土地基水泥土攪拌法計算中的參數研究

李 斌

福建鐵四院勘察設計研究院有限公司

結合工程實例，分析了在高壓縮性軟土地區，采用復合地基載荷試驗及計算方法確定水泥攪拌樁復合地基承載力計算存在的問題，并提出對確定軟土水泥攪拌樁復合地基承載力計算的方法。

軟土 水泥攪拌樁 復合地基 承載力

福州江陰港鐵路支線位于福清市境內的興化灣北岸。其港區站場位于江陰半島南端濱海深厚大面積的軟土地基上，且該軟土地基在成因、分布和地質條件等方面均具有代表性，尤其是在以濱海相沉積軟土為基本構成的東南沿海更是具有代表性，屬于典型的福州軟土。該軟土地層的具有高壓縮、低強度和低滲透等特性。目前該項目正進行施工，并開展了相關軟土地基處理的試驗研究。

1 工程概況

1.1 工程地質條件 (見表1)

本項目所處地段屬海積平原區，地勢平坦開闊，主要地層有：Q4M淤泥，流塑，厚度10～22m左右，靠外側海域厚度最大地段厚約25m；往下為含礫石粉質黏土。下伏基巖為強風化～弱風化J3nb凝灰巖，基巖面起伏變化較大。松散堆積物中地下水為孔隙潛水，基巖中地下水為裂隙水，地表水為海水，地下水對砼無侵蝕性，氯鹽環境作用等級為L2。本段不良地質不發育，特殊性巖土為淤泥。

表1 工程地質條件

1.2 工程建設情況

站場內有一般場地段和鐵路線路段兩種路基，分別對其進行地基處理。一般場地段采用大面積超載預壓法、真空＋堆載聯合預壓法施工，可以在潮汐侵擾的條件下展開施工；鐵路線路段采用水泥攪拌樁復合地基加固法施工，首先應修建一道圍堰，在無潮汐侵擾的條件下方可展開施工。軟基處理的標準是工后沉降應小于0.3m。本文僅對水泥土攪拌法計算中的參數進行研究。

1.3 水泥攪拌樁復合地基承載力確定方法的分析

1.3.1綜合計算確定復合地基承載力

水泥攪拌樁的有關參數計算套用《建筑地基處理技術規范》文獻[1]第9.2.5條規定:攪拌樁復合地基承載力標準值應通過現場復合地基載荷試驗確定，初步設計也可以按下式計算:

式中： fspk復合地基承載力標準值；m面積置換率；Ap樁的截面積；fsk樁間天然地基承載力標準值；β樁間土承載力折減系數，當樁端土為軟土時取0.5~1.0，當樁端土為硬土時取0.1~0.4，當不考慮樁間土的作用時取0；

這個公式本身就有不易確定的參數。(1)β值所給定的是區間值，相差很大，取值是否準確最終還要通過試驗來檢驗。(2)樁間天然地基土的承載力標準fsk也是不易確定的值。確定方法不統一，有的取土層中最小值fk，有的憑經驗取綜合值，也有的采用厚度加權平均fk值作為fsk。但都不能反映地基土受力從上至下由強變弱導致土層變形差異的特征。比如軟硬相間的土層，硬土層在上部與下部的地基變形總量是不同的，因此fsk也不同。此公式所計算出的復合地基承載力標準值并不準確，它只是一個估算公式，我們認為只能用于設計階段估算復合地基承載力。

1.3.2單樁豎向承載力標準值的確定

《規范》第11.2.4條規定Ra單樁豎向承載力標準值，應通過現場單樁載荷試驗確定。本項目通過室內配合比試驗，確定水泥標號、水泥摻量、水泥漿水灰比、外加劑等因素與水泥土加固體的立方體抗壓強度fcu、變形模量Ep的關系。這里暫定fcu為1.3MPa（按90天齡期進行強度取值），Ep為50MPa作為以下設計的計算值。

根據式(11.2.4-1)由樁周土摩擦力確定的單樁承載力（對于柔性樁可不考慮樁端土承載力）

根據式(11.2.4-2)計算由樁身材料強度確定的單樁承載力

通常由樁身材料強度確定的單樁承載力，應大等于由樁周土和樁端土確定的單樁承載力，由此確定有效樁長為9.75m。同時復合地基承載力f與復合地基的變形模量E可分別通過以下兩個公式估算（和分別為置換率和樁長）。

1.3.3采用復合地基載荷試驗確定復合地基承載力

根據規范規定，作為工程設計使用的復合地基承載力應通過現場載荷試驗確定。

1.3.3.1單樁復合地基載荷試驗。一般通過面積置換率反求壓板面積，用壓板對樁土一起加載試驗，按試驗規程求得單樁復合地基承載力值。有人論證過，當面積置換率m>22%時，應考慮應力重疊作用，不宜直接將單樁復合地基承載力值作為復合地基承載力使用。此外壓板載荷試驗所測定的變形影響深度只是壓板邊長2倍深，顯然單樁復合地基載荷試驗不能反映樁土復合地基在建筑載荷下的真實承載性狀，所測定承載力值不真實。

1.3.3.2復合地基載荷試驗。有的專家認為，最好模擬路基寬度做大面積群樁載荷試驗，這樣可以排除應力重疊的影響，并且壓板邊長與路基寬度一致，能真實模擬地基受力變形情況。進一步分析，路基形成的地基土同時受力后，通過壓力擴散，在一定深度內應力相互重疊，形成筏基作用的效果，所以實際地基土長時間的壓縮變形的影響深度很深。

一般2 m基礎寬的壓板群樁載荷試驗，其壓縮變形影響深度也只是在4 m以內，并且按試驗規程，其觀測時間也是有限的，而路基的沉降時間長達幾年甚至幾十年。嚴格地講，群樁載荷試驗也不能模擬建筑物載荷作用下復合地基的真實承載性狀，所測定承載力也不宜直接用于工程設計。

2 結論

《巖土工程勘察規范》文獻[2]第6.3.7條第2款規定，“軟土地基承載力應根據室內試驗、原位測試、當地經驗，并結合下列因素綜合確定：(1)軟土成層條件、應力歷史、結構性、靈敏度等力學特性和排水條件；(2)上部結構類型、剛度、荷載性質和分布，對不均勻沉降的敏感性；(3)基礎的類型、尺寸、埋深、剛度等；(4)施工方法和程序。”這條規定充分說明，沒有一種較為通用的方法來確定軟土地基承載力值，只有根據當地同類場地土、同類建筑類型的工程實踐經驗來確定。因此對確定軟土水泥攪拌樁復合地基承載力提出如下方法。

2.1 水泥攪拌樁處理只是對軟土地基的部分加固，復合地基根本上還是軟土地基

復合地基承載力和路基沉降量，也應根據對既有路基的長期觀測取經驗值。載荷試驗可用于判別地基土的相對強度，僅作為確定承載力的參考依據，各地區應該通過大量的實踐，結合多種試驗手段建立起地區性、單元性的軟土地基及各類復合地基的承載力和變形沉降經驗值，作為工程設計的可靠依據。

2.2 承載力的意義

主要是作為壓縮變形量較小的一般地基土的受荷控制條件：一般載荷小于承載力值，不會出現地基土破壞現象，并能滿足建筑物沉降要求。但高壓縮性軟土地基，按通常試驗方法確定的承載力作為地基受荷條件，并不能滿足路基的沉降要求。

現行規范規定軟土地基基礎設計必須滿足變形和承載力雙控要求。有的專家認為變形控制是第一位的，承載力僅作為驗算指標。因此軟土地基承載力在工程設計中的意義并不大。按承載力的計算公式，我們在軟土地區還找不到一種有效的通用方法測定承載力值，使其同時作為地基土強度和路基變形沉降的控制參數。在軟土地基勘察及地基處理中，工作重點應該直接放在穩定計算和研究變形沉降的控制措施上。

[1] JGJ 79—2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2] GB 50021—2001，巖土工程勘察規范[S].

[3] 駱銀輝.對粉噴樁軟土復合地基承載力確定方法的探討[J].探礦工程,2002,(5):18-19.