水泥攪拌樁質量事故處理

鄧水來

近年來，水泥攪拌樁復合地基在軟土地基處理中的應用日益廣泛，由于各種原因造成的質量事故也時有發生。這類問題因工程工期緊迫，急需進行下一步施工及工程造價等因素影響而較難處理。造成水泥攪拌樁質量事故的因素大致有樁體強度不合格，樁體強度不均勻，樁長不足，樁端未進入持力層或進入持力層深度不足，樁體傾斜度過大等。這些因素最終會造成單樁承載力或復合地基承載力不能滿足設計要求。采取補救措施，有效解決承載力不足問題，水泥攪拌樁的質量問題也就迎刃而解。下面結合工程實例介紹換填法處理水泥攪拌樁質量事故的原理和方法。

1 工程概況

東莞生態園某市政道路工程穿越魚塘和菜地，按照設計要求，淤泥深度超過4 m的采用水泥攪拌樁處理軟基。水泥攪拌樁的設計參數為:樁徑55 cm，按梅花形布置，中心間距1.3 m，水泥土設計強度平均值fcu=1.6 MPa，單樁承載力特征值Ra＞126 kN，復合地基承載力特征值fspk＞100 kPa。

水泥攪拌樁施工完成，水泥土達到90 d齡期后按規范要求對水泥攪拌樁進行了抽檢，結果發現在魚塘區域內的水泥攪拌樁其中有1根樁的水泥土強度平均值只有1.2 MPa，小于設計要求的強度，強度不合格，有2根樁的單樁承載力特征值只有101 kN，小于設計要求的承載力。通過分析鉆芯取出的水泥土，發現樁頂以下約2 m～3 m深的水泥土強度較低。在現場取得土樣，檢測發現樁頂以下約2 m～3 m深的淤泥的有機物含量較高。由于這些淤泥的有機物含量較高，水泥土無法固結，造成水泥土強度不足，導致水泥攪拌樁的承載力不足。魚塘區域內約有3 000多根水泥攪拌樁，每根樁的設計深度為5 m～7 m。

為了處理這一質量問題，提出了三個處理方案:

1)補打水泥攪拌樁，縮小水泥攪拌樁的間距，降低單樁的承載力要求;

2)在水泥攪拌樁周圍增加打入松木樁，由松木樁分擔一部分受力;

3)換填處理，將淺層的淤泥和水泥攪拌樁一并挖除，換填內摩擦角較大、穩定性較好的材料，以提高地基承載力。打水泥攪拌樁的工期長而且費用高，打松木樁的工期短但費用高，考慮施工工期和施工費用等因素，經對比，換填處理方案為最優方案。

2 復合地基承載力計算

其中，Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為水泥攪拌樁截面面積，m2;η為樁身水泥土強度折減系數;fcu為90 d齡期水泥土抗壓強度平均值，kPa。

按設計，水泥土平均強度fcu0=1.6 MPa，單樁承載力特征值:

水泥土實際平均強度fcu1=1.2 MPa，由式(1)和式(3)計算出理論單樁承載力特征值:

現場試驗測得實際單樁承載力特征值為Ra2=101 kN。

所以取單樁承載力特征值101 kN來計算復合地基承載力。

水泥攪拌樁平面布置圖見圖1。

其中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa;Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為水泥攪拌樁截面面積，m2;A為1根樁所承擔的處理面積;m為面積置換率;fsk為樁間土天然地基承載力特征值，kPa;β為樁間土承載力折減系數。設fspk0為設計復合地基承載力特征值，kPa;fspk1為理論復合地基承載力特征值，kPa。

設計復合地基承載力特征值:

理論復合地基承載力特征值:

已知fspk0=100 kPa，由式(8)和式(9)可求得不合格樁區域內的理論復合地基承載力特征值:fspk1=82.88 kPa。

3 換填深度計算

按設計要求，三樁壓板試驗測得的復合地基承載力特征值應大于100 kPa。

三根樁處理的軟基面積為:

壓板試驗用的鋼板的半徑:

圓形面積上均布荷載作用下，圓形中點以下的附加應力最大，深度為z處的附加應力為:

其中，P為圓形面積上的均布荷載。

查GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范中附錄K.0.3可得圓形面積上均布荷載作用下中點的附加應力系數α，取P=100 kPa。

當 z/r=1.1 時，α =0.595。

當 z/r=1.2 時，α =0.547。

將水泥攪拌樁復合地基作為軟弱下臥層，根據GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范，當地基受力層范圍內有軟弱下臥層時應按下式驗算地基承載力:

其中，Pz為相應于荷載效應標準組合時軟弱下臥層頂面處的附加壓力值;PCz為軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值;faz為軟弱下臥層頂面處經深度修正后地基承載力特征值，假定與水泥攪拌樁理論復合地基承載力特征值fspk1相等，則faz=82.88 kPa。

取土的容重γ=18 kPa/m。

當 z/r=1.1 時，z=1.1 ×r=1.1 ×1.2=1.32 m。

Pz1+PCz1=59.50+23.76=83.26 ＞ 82.88 kPa，不能滿足Pz+PCz≤faz的要求。

當 z/r=1.2 時，z=1.2 ×r=1.2 ×1.2=1.44 m。

Pz2+PCz2=54.70+25.92=80.62 ＜82.88 kPa，能滿足 Pz+PCz≤faz要求。所以換填深度應大于1.44 m，取換填深度1.5 m。

4 換填施工

劃線定出有質量問題的水泥攪拌樁的區域，在該區域內首先全部挖除原樁頂以下1.5 m深度范圍內的淤泥和水泥攪拌樁，再填筑一層30 cm厚的級配碎石褥墊層，以便分散受力，充分發揮攪拌樁的作用。填好級配碎石褥墊層后，再用內摩擦角較大、穩定性較好的材料回填(如圖2所示)。分層回填，用壓路機壓實，直至回填到原來樁頂標高位置。按照就地取材、節約工程成本的原則，本工程采用了山皮石作為回填材料。

5 處理效果評價

采用上述的方法換填處理之后，按規范要求測定路基的彎沉。結果表明，路基的彎沉完全能滿足設計要求，經過沉降觀測，路基沉降值小于設計要求，工程質量合格。用最短的時間，花費最小的費用處理好了水泥攪拌樁的質量事故，取得了較好的效果。用換填法處理水泥攪拌樁的質量事故是可行的。

6 結語

水泥攪拌樁質量事故引發的后果相當嚴重，因此在施工過程中應加強管理，采取科學的施工方案，嚴格按照設計和規范、規程施工，避免發生質量事故或把發生質量事故的可能性降低到最小限度。對已出現問題的樁基，應掌握詳盡而準確的現場資料，透徹地分析事故原因，制訂出安全而又經濟的處理方案。

[1]DBJ 15-38-2005，建筑地基處理技術規范[S］.

[2]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S］.

[3]歐陽志峰.水泥攪拌樁在軟土地基中的設計與施工[J］.山西建筑，2010，36(18):92-93.