水泥攪拌樁在某軟弱地基場地中的應用

溫建興

1 概述

地基處理是為提高地基承載力，改善其變形性質或滲透性質而采取的人工處理地基的方法。軟弱地基是一種不良地基。在軟弱地基上的建筑物往往會出現地基強度和變形不能滿足設計要求的問題，因而常常需要采取措施，進行地基處理。處理的目的是提高地基的抗剪切強度，降低地基的壓縮性，從而減少地基的沉降或不均勻沉降，通過處理用以改良地基土的工程特性。

地基處理的方法主要有置換、擠密、排水固結、膠結、加筋和熱學等方法。目前針對軟弱地基的不同構成有很多不同的處理方法，本文結合某一建筑場地的施工實例，對用水泥攪拌樁處理軟弱地基的問題作一些探討。

2 用水泥攪拌樁進行地基處理的原理

水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，是軟基處理的一種有效形式，通過特制的深層攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌，使水顆粒表面的礦物與土體的水發生水解和水化反應，在顆粒間生成各種水化物，如氫氧化鈣、含水硅酸鹽、含水鋁酸鈣等，有的水化物繼續硬化形成水泥石骨料，有的與周圍具有一定活性的粘土顆粒通過離子交換，凝硬反應和碳酸化作用形成不溶于水的穩定化合物。這樣通過一系列物理、化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體，由若干根這類加固土樁柱體和樁間土構成復合地基，共同承擔上部荷載。水泥攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力標準值不大于120 kPa的粘性土等地基。與剛性樁相比，水泥攪拌樁的樁身強度可與樁的承載力相協調，樁身強度可充分發揮，具有比較經濟的特點。同時，水泥攪拌樁還具有施工工期短、適用范圍廣、對周圍環境影響小等優點。

3 工程實例

3.1 工程概況

永定縣湖坑鎮中心衛生院門診綜合大樓，無地下室，總荷載約70000 kN，其工程概況見表1。

表1 擬建建筑物工程概況

3.2 場地工程地質條件概況

建設場地地貌上隸屬湖坑溪的一級階地，場地高程為341.39 m～342.27 m，高差約0.88 m，場地地形平坦。其南側為山坡，植被很發育，地下水較豐富，埋藏較淺，水位埋深0.36 m～1.26 m，地下水類型為孔隙型潛水，主要受大氣降水、地表水補給影響。場地無活動斷裂構造分布，區域地質構造穩定，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第二組，地震特征周期值為0.40 s。

場地內分布的巖土層自上而下為:①雜填土，層厚1.4 m;②粉質粘土，層厚3.6 m～5.3 m;③含泥礫卵石，層厚1.0 m～1.8 m;④強風化花崗巖，層厚1.6 m～3.4 m;⑤中風化花崗巖，最大揭示厚度1.50 m～2.40 m。各巖土層的設計計算指標見表2。

表2 地基土的設計計算指標

3.3 地基處理方案

根據鉆探成果可看出，場地上部均分布有②粉質粘土層(底板埋深3.60 m～5.30 m)，該層呈濕～飽和，軟～可塑狀態，土質含水量高，孔隙比大，抗剪強度低，壓縮性高，工程地質性能及力學強度較差，不宜直接作為淺基礎持力層。其下部為③含泥礫卵石或⑤中風化花崗巖，由于場地中地下水埋深較淺(0.36 m～1.26 m)，地下水較豐富，不宜采用人工挖孔樁，同時進入場地的道路相對較小，大型機械設備無法進入，樁基礎也無法施工。若直接采用天然地基，由于②粉質粘土層工程地質性能及力學強度較差，不能滿足地基承載力和地基變形要求，因此須對此場地進行處理。經廣泛了解，與設計院、業主溝通，進行經濟、技術比較，最后采用水泥攪拌樁對②粉質粘土層進行地基處理后采用獨立基礎。要求處理后復合地基承載力特征值fspk=180 kPa，且提高②粉質粘土層的壓縮模量，減小地基變形。

3.4 水泥攪拌樁復合地基設計計算

根據試配結果，設計采用42.5R硅酸鹽水泥，水泥摻入比為20%，水灰比為0.55。

3.4.1 單樁及復合地基設計基本參數

水泥攪拌樁的巖土設計計算指標見表3。

1)樁徑:φ=500 mm，樁端面積Ap=0.196 m2，樁的周長Up=1.57 m，樁長L=5.0 m;2)樁身抗壓強度平均值:fcu=4000 kPa;3)樁身強度折減系數:η=0.33;4)樁間土承載力折減系數:β=0.40;5)樁端天然地基土承載力折減系數:α=0.40;6)攪拌樁壓縮模量:Ep=120 MPa;7)復合地基承載力特征值fspk=180 kPa;8)處理后樁間土承載力特征值fsk=120 kPa。

表3 水泥攪拌樁的巖土設計計算指標kPa

3.4.2 設計計算

1)單樁豎向承載力特征值Ra。單樁豎向承載力特征值Ra，按下列兩公式計算，并取其中較小值。

攪拌樁樁頂至基底下0.50 m，樁端進入③含泥礫卵石或⑤中風化花崗巖，取代表性鉆孔K2進行計算:

式(1)計算得Ra=0.33×4000×0.196=258 kN;

式(2)計算得Ra=1.57×(15×4.0+80×1.0)+0.4×260×0.196=240 kN。

經比較，取Ra=240 kN。

2)面積置換率m。

3)單樁處理面積Ae。

因此，攪拌樁按方形布置，間距取1.32 m×1.32 m。

4)復合地基(即②粉質粘土)壓縮模量Esp。

取代表性鉆孔K2進行計算:

經計算，地基經過水泥攪拌樁加固處理后，壓縮模量大大提高，承載力滿足設計要求，地基變形滿足規范要求。

3.5 質量檢測及工程效果

1)本工程水泥攪拌樁進行地基處理后，為檢驗施工結束后水泥攪拌樁的質量，按國家規范本工程進行了復合地基靜載試驗檢測。檢測結果見表4，根據檢測結果，復合地基能滿足要求。2)工程效果。本工程于2010年11月底竣工，根據沉降觀測資料，門診綜合大樓的最大沉降量為9.20 mm，符合設計及施工規范要求。

表4 復合地基試驗點載荷試驗結果

4 結語

工程實踐表明，采用水泥攪拌樁復合地基加固多層建筑的地基軟土，在提高地基土的承載力及減少地基變形上均能滿足設計及有關規范要求，達到了地基處理目的。造價方面，本工程采用水泥攪拌樁復合地基比樁基更省錢，工期更短，取得了較好的經濟效益和社會效益。

[1]福建東辰綜合勘察院.永定縣湖坑鎮中心衛生院門診綜合大樓巖土工程勘察報告[R].2009.

[2]福建融誠建設工程質量檢測有限公司.永定縣湖坑鎮中心衛生院門診綜合大樓復合地基靜載試驗檢測報告[R].2009.

[3]GB 50021-2001，巖土工程勘察規范(2009年版)[S].

[4]JGJ 79-2002，建筑地基基礎處理技術規范[S].

[5]林宗元.簡明巖土工程勘察設計手冊(下冊)[M].北京:中國建筑工業出版社，2003.

[6]凌 云.基于粉噴樁處理軟弱地基效果分析[J].山西建筑，2008，34(16):107-108.