水泥土攪拌樁在軟弱地基處理中的應用

黃伯樂 郭 燕

（肥城礦業集團梁寶寺能源有限責任公司 山東 肥城 271600）

0 前言

土層性質復雜多變，必須采取地基加固、補強等技術措施，改善地基土的工程性狀。水泥土攪拌樁在國內該類工程中廣泛應用。

1 水泥土攪拌樁相關概念及機理

1.1 水泥土攪拌樁的概念

水泥土攪拌樁根據施工工藝，可分為深層攪拌法（濕法）和粉體噴攪法（干法），前者是用水泥漿和地基土攪拌，后者用水泥粉或石灰粉和地基土攪拌。水泥土攪拌樁是利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，由固化劑和軟土間所產生的一系列物理—化學反應，使軟土結成具有整體性、水穩性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量。

1.2 水泥土攪拌樁復合地基加固機理

水泥加固土的物理化學反應過程與混凝土的硬化機理不同，混凝土的硬化主要是由粗填充料中進行水解和水化作用，所以凝結速度較快。而在水泥加固土中，由于水泥摻量很小，水泥的水解和水化反應完全是在具有一定活性的介質—土的圍繞下進行，所以水泥加固土的強度增長過程較混凝土為緩慢。

水泥加固土的主要機理有：（1）水泥的水解和水化反應，用水泥加固軟土時，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發生水解和水化反應，如果天然土的含水量過低而又采用粉體噴攪法施工，不但施工難度大，而且水泥不能得到充分的水解和水化反應，勢必會影響水泥土的加固效果。（2）土顆粒與水泥水化物的作用。（3）碳酸化作用。從水泥土加固機理分析，水泥和地基土兩者在空間上相互交替，從而形成一種獨特的水泥土結構。攪拌機械攪拌越充分，土塊被粉碎得越小，水泥分布到土中越均勻，則水泥土結構強度的離散性越小，其宏觀的總體強度也最高。

2 水泥土攪拌樁的設計

2.1 樁身參數設計

固化劑宜選用強度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥。水泥摻量除塊狀加固時可用被加固濕土質量的7%～12%外，其余宜為12%～20%。濕法的水泥漿水灰比可選用0.45～0.55。

水泥土攪拌法的設計，主要是確定攪拌樁的置換率和長度。豎向承載攪拌樁的長度應根據上部結構對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層；為提高抗滑穩定性而設置的攪拌樁，其樁長應超過危險滑弧以下2米。濕法的加固深度不宜大于20米；干法不宜大于15米。水泥土攪拌樁的樁徑不應小于500毫米。

2.2 樁體布置形式

樁體的平面布置形式對軟弱地基的加固有很大的影響，樁體的平面布置形式通常有兩種：正方形布置和等邊三角形布置。在水泥土攪拌樁復合地基的設計，一般是通過對復合地基承載力的計算，先求出面積置換率m，再確定樁體的直徑和間距。對散體樁、低粘接強度樁復合地基還要按密室加固的要求確定樁體的直徑和間距。

2.3 褥墊層的作用

在復合地基中，樁體和淺基礎之間的褥墊層是不可或缺的過渡層。褥墊層厚度可取200～300毫米。其材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20毫米。在復合地基中其有以下幾種作用：（1）保證樁、土共同承擔荷載，褥墊層的設置為復合地基在受荷載后提供了樁上、下刺入得條件。即使樁端位于硬土層上，至少可以提供上刺入條件，以保證樁間土始終參與工作。（2）減少基礎地面的應力集中。（3）調整樁、土荷載分擔比。

3 水泥土攪拌樁的施工及質量控制

3.1 水泥土攪拌樁主要施工步驟

（1）攪拌機就位、調平。（2）預攪下沉至設計加固深度。（3）邊噴漿（粉）、邊攪拌提升至預定的停漿（灰）面。 （4）重復攪拌下沉至設計加固深度。（5）根據設計要求，噴漿（粉）或僅攪拌提升直至預定的停漿（灰）面。（6）關閉攪拌機械。

3.2 施工質量控制

（1）水泥土攪拌樁施工現場事先應予以平整，必要須清理地上和地下的障礙物。遇有明浜、池塘及洼地時應抽水和清淤，回填粘性土并予以壓實，不得回填雜土或生活垃圾。水泥土攪拌樁施工前應根據設計進行工藝性試裝，不少于2根。當樁周為成土層時，應對相對軟弱土層增加攪拌次數或增加水泥摻量。在攪拌時應確保加固深度范圍內土體的任何一點均能經過20次以上的攪拌。（2）在水泥漿攪拌時（濕法），要嚴格按設計的配合比配置，要預先篩除水泥中的結塊，同時要防止水泥漿發生離析。要在水泥漿攪拌機中充分攪動。壓降階段不允許發生斷漿現象，如因故停漿，應將攪拌頭下沉至停漿點以下0.5米處，待恢復供漿時再噴漿攪拌提升。若停機超過三個小時，宜先拆卸輸漿管路，并妥加清洗。（3）水泥土攪拌樁（干法）噴粉施工機械必須配置經國家計量部門確認的具有能瞬時檢測并記錄出粉量的粉體計量裝置及攪拌深度自動記錄儀。成樁過程中因故停止噴粉，應將攪拌頭下沉至挺灰面以下1米處，待恢復噴粉時再噴粉攪拌提升。攪拌頭的直徑應定期復核檢查，其磨耗量不得大于16毫米。

4 質量檢驗

水泥土攪拌樁的質量控制應貫穿在施工的全過程，并應堅持全程的施工監理。施工過程中必須隨時檢查施工記錄和計量記錄，并對照規定的施工工藝對每根樁進行質量評定。檢查重點是：水泥用量、樁長、攪拌頭轉數和提升速度、復攪次數和復攪深度、停漿處理方法等。水泥土攪拌樁沉樁7天后，采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停漿（灰）面下0.5米），目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑。檢查量為總樁數的5%。水泥土攪拌樁加固軟土地基的工程投入使用后，要定期進行沉降、側向位移等觀測，是對設計施工的最終檢測。

5 結語

（1）水泥土攪拌樁可有效地提高地基強度，適用于加固較深較厚的淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力不大于120kPa的粘性土地基。（2）水泥土攪拌樁具有設備簡單，施工方便，造價低廉，無振動，無噪聲，無泥漿廢水污染；對土無側向擠壓，對鄰近建筑物影響小，可在密集建筑群中施工。（3）和其他地基處理方法相比，水泥土攪拌樁可節約大量鋼材、混凝土等材料，造價低。