水泥土攪拌樁在工程中的應(yīng)用

趙宇

（淮北市建筑勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 淮北 235000）

我國(guó)地域廣大，有各種成因的軟土層，其分布范圍廣、土層厚度大。這類軟土的特點(diǎn)是含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透性差、沉穩(wěn)時(shí)間長(zhǎng)。由于軟土地基的不良性能，因此在軟土地基上建筑施工時(shí)須要進(jìn)行人工加固。常見的加固方法有排水、壓密、加筋、固化等幾類。在軟土地基中攪拌摻入各類固化劑，使軟土固化是一種通用的地基加固方法。常用的固化劑有:1.水泥類:普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥；2.石灰類:生石灰、消石灰。由固化劑（水泥）與軟土攪拌形成的固結(jié)體稱為水泥攪拌樁。其種將用水泥漿與軟土攪拌形成的柱狀固結(jié)體稱為深層攪拌樁；將用水泥粉體與軟土攪拌形成的柱狀固結(jié)體稱為粉噴樁。這兩種樁合稱為水泥土攪拌樁。這兩類地基加固方法（既拌入水泥漿的濕法和拌入水泥粉的干法）合稱為水泥土攪拌法。

1 水泥土攪拌樁的加固原理

深層攪拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程。水泥與飽和的軟土攪拌后，首先發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)，生成水泥水化物并形成凝膠體(氫氧化鈣)，將土顆粒或小土團(tuán)凝結(jié)在一起形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)整體，這就是水泥的骨架作用，同時(shí)，水泥在水化過程中生成的鈣離子與土顆粒表面的鈉離子(或鉀離子)進(jìn)行離子交換作用，生成穩(wěn)定的鈣離子，從而進(jìn)一步提高土體的強(qiáng)度。另外，水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，這種碳酸化作用也能使水泥土增加強(qiáng)度。

2 工程概況

一幢九層框架住宅樓，建筑占地面積約為450m2，建筑面積約為4800m2，建筑物長(zhǎng)為45m，寬為10m，高度為27m。該建筑物安全等級(jí)為二級(jí)，抗震六度設(shè)防，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為四級(jí)。擬建場(chǎng)地鉆探揭露地層為第四系濱海相沉積層、坡(洪)積層和人工填土層，依工程特性、成因類型將其劃分為5個(gè)土層:層①為松散的填土，層②～③為結(jié)構(gòu)松散的砂土或粘土，層④為軟弱粘土，層⑤為粘土夾粉土。場(chǎng)地地面以下15m深度范圍內(nèi)，即層④及以上各土層均屬中一高壓縮性土，故場(chǎng)地土類別為軟弱土。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料，場(chǎng)地類別為Ⅳ類，場(chǎng)地等級(jí)和地基等級(jí)均為二級(jí)。

3 地基處理方案的選擇

《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》提供工程處于軟土地基上。其中層⑥及以上各土層承載力低，且厚度多數(shù)不穩(wěn)定，不能滿足高層建筑地基承載力要求，未經(jīng)處理，不能作高層建筑物基礎(chǔ)持力層；層⑤力學(xué)強(qiáng)度中等，厚度穩(wěn)定，是場(chǎng)地比較理想的持力層。因此，根據(jù)場(chǎng)地巖土工程條件及擬建建筑物的荷載要求，采用深層攪拌水泥土樁地基對(duì)層④及上土層進(jìn)行加固處理，然后采用淺埋的基礎(chǔ)形式。既采用深層攪拌水泥土樁加固地基。

4 水泥土攪拌樁復(fù)合地基的加固設(shè)計(jì)

承受垂直荷載的深層攪拌水泥土樁一般應(yīng)使土對(duì)樁的支承力與樁身強(qiáng)度所確定的承載力相近，并使后者略大于前者，這樣就可以使樁身強(qiáng)度與承載力相協(xié)調(diào)，使樁身強(qiáng)度充分發(fā)揮作用。因此，攪拌樁的設(shè)計(jì)主要是確定樁長(zhǎng)和選擇水泥摻入比。而水泥摻入量又是決定工程造價(jià)和樁身強(qiáng)度的主要因素。

4.1 單樁承載力特征值取以下兩式中的較小值:

攪拌樁進(jìn)入層⑤土l～2m不等，設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)L=5.5m(從基底向下算起)，樁直徑 d=60cm。，根據(jù)《報(bào)告》式(1)≥式(2)及可得單樁豎向承載力特征值Ra=130kN。

4.2 攪拌樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

水泥土攪拌樁的承載力性狀與剛性樁相似，但由于攪拌樁樁身強(qiáng)度較剛性樁為低，在垂直荷載作用下有一定的壓縮變形，在樁身壓縮變形的同時(shí)，其周圍的軟土也能分擔(dān)一部分荷載。因此，當(dāng)樁的間距較大時(shí)水泥土攪拌樁又可與周圍的軟土組成柔性樁復(fù)合地基。攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值可按下式計(jì)算:

4.3 置換率和樁數(shù)的計(jì)算

根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，要求攪拌樁復(fù)合地基的承載力特征值fspk達(dá)到l60kPa，基礎(chǔ)底面積A=678m2，即可用下列公式求得置換率m及總樁數(shù)

式中:β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.5；fsk為樁間土承載力特征值，取l00kPa；其余與式(1)，(2)相同。由式(4)得 m=27%，由式(5)得 n=648 根。

4.4 樁的平面布置

水泥土攪拌的總樁數(shù)確定后，即可按選定的加固形式和上部荷載的分部進(jìn)行布樁。樁狀加固時(shí)，樁的平面布置以樁距最大(以利充分發(fā)揮樁側(cè)摩阻力)和便于施工為原則，采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等形式。

樁間距=Ap/m=0.2826/0.27=lm。取1.0m，按l.0m×1.0m 梅花形布樁。

4.5 下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算

當(dāng)攪拌樁處理范圍下存在較弱下臥層時(shí)，可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007-2002的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算 (本工程經(jīng)下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算，滿足要求)。

4.6 沉降驗(yàn)算

攪拌樁復(fù)合地基的變形包括復(fù)合土層的壓縮變形和樁端以下未處理土層的壓縮變形。其中前者可根據(jù)上部荷載、樁長(zhǎng)、樁身強(qiáng)度等按經(jīng)驗(yàn)取10～30mm。后者可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002的有關(guān)規(guī)定確定。

5 深層攪拌水泥樁的施工

深層攪拌的施工工藝流程。噴漿型:攪拌機(jī)械就位一預(yù)攪下沉一噴漿攪拌上升一重復(fù)攪拌下沉一重復(fù)攪拌上升一完畢

噴粉型:就位一鉆進(jìn)一提升一成樁

施工注意事項(xiàng):基礎(chǔ)底面以上宜預(yù)留500mm厚的土層，攪拌樁施工到地面，開挖基坑時(shí)，應(yīng)將上部質(zhì)量較差段挖去。應(yīng)保證起吊設(shè)備的平整度和導(dǎo)向架的垂直度，攪拌樁的垂直偏差不得超過l.0%，布樁位置與設(shè)計(jì)誤差不得大于2cm，樁位偏差不應(yīng)超過5cm。攪拌機(jī)預(yù)攪下沉?xí)r應(yīng)使土體充分?jǐn)囁椤．?dāng)遇到較硬土層下沉速度過慢時(shí)，對(duì)于噴漿攪拌方采用沖水下沉，但在噴漿提升前必須將輸漿管中的存水排凈。對(duì)于噴漿攪拌所使用的水泥漿要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的配合比拌制，制備好的水泥漿不得有離析現(xiàn)象，停置時(shí)間不宜過長(zhǎng)。為防止水泥漿發(fā)生離析，應(yīng)將水泥漿留在灰漿拌制機(jī)中不斷攪動(dòng)，直至送漿前才緩慢倒入集料斗中。對(duì)停置時(shí)間超過2h的水泥漿應(yīng)降低標(biāo)號(hào)使用。對(duì)于噴粉攪拌所使用的水泥粉要嚴(yán)格控制入儲(chǔ)灰罐前的含水量，嚴(yán)禁受潮結(jié)塊。不同水泥不得混用。

攪拌機(jī)噴漿提升的速度及次數(shù)必須符合施工工藝的要求，使水泥漿（粉）與土之間得以充分?jǐn)嚢瑁３炙嗤翉?qiáng)度。

樁體施工結(jié)束，經(jīng)有關(guān)部門測(cè)試，綜合評(píng)定樁體質(zhì)量和復(fù)合地基效果，全部達(dá)到和超過了設(shè)計(jì)要求。

[1]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002).中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

[2]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002).中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

[3]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及實(shí)例分析.中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[4]地基處理手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.