淺談水泥土攪拌樁在地基處理中的應用

（山東濟鐵設計咨詢有限公司青島設計分公司，山東 青島 266002）

淺談水泥土攪拌樁在地基處理中的應用

徐廣杰

（山東濟鐵設計咨詢有限公司青島設計分公司，山東 青島 266002）

本研究以山東誠力科技發展有限公司鐵路專用線擴建工程為研究案例，結合工程實踐介紹了設計、施工工藝及保證質量的組織技術措施。

水泥土攪拌樁；攪拌；工藝試樁；無側限抗壓強度試驗；承載力；靜載試驗

1 概述

山東誠力科技發展有限公司鐵路專用線擴建工程中，淄東線上兩座蓋板涵K59+550及K59+585需接長，經地質勘探，持力層地基承載力為95kPa，小于涵洞設計基底應力160kPa，需做地基加固處理?，F將K59+550涵洞地基處理方案簡介如下，該涵為排洪涵，常年有水流，設計流量0.5m3/s。

2 工程設計

2.1 地質條件

工程為河湖相沉積平原，在勘探深度范圍內揭露土層均為第四紀全新世沉積的土層，施工場地微地貌不發育，從鉆探資料所揭示的地層來看，地層分布如下：

第一層：耕土，以粉土為主，伴有植物根等，均厚0.83m。

第二層：粉土，黃褐色，含鐵質氧化物及云母片，低干強度，低韌性，含水量23.1%，干重度19.3kN/m3，孔隙比0.686，液性指數0.38，自然地基承載力95kPa，均厚3.41m。

第三層：粘土，棕褐色，褐色，含鐵質結核，中等干強度，中等韌性，含水量34.0%，干重度18.4kN/m3，孔隙比0.967，液性指數0.68，自然地基承載力90kPa，均厚3.86m。

第四層：粉土，灰黃色，黃褐色，含鐵錳質氧化物及云母片，低干強度，低韌性，含水量24.4%，干重度19.4kN/ m3，孔隙比0.691，液性指數0.37，自然地基承載力120kPa，均厚1.26m。

該場地地下水的類型為第四系孔隙潛水，補給來源以大氣降水為主。勘察工作結束后統一測了地下水位，勘察時平均水位埋深平均值為1.50m，穩定水位標高平均值為7.57m，水位變化受季節影響明顯，變化幅度在0.80m～2.00m左右。

2.2 地基處理設計

2.2.1 確定方案

通過設計計算，②層頂為涵洞流水面，天然地基承載力僅為95kPa，遠遠低于涵洞設計基底應力160kPa，顯然需采取加固措施。設計中曾考慮按常規基底換填砂夾碎石方案，但該工程距線路近，對既有線路路基影響較大，需考慮線路加固措施，對線路運輸干擾大，且費用高。為找到更合理的設計方案，查閱大量的相關資料，最后決定采用水泥土攪拌樁加固地基。水泥土攪拌樁是利用攪拌樁機，將水泥（漿）及外摻劑噴入軟弱基土中，并在原位進行強制攪拌，通過水泥和土的一系列復雜的物理化學作用形成水泥土樁體，與基土共同作用形成復合地基，達到提高承載力和減少沉降的目的，這種樁的優點：可加固改良地基，提高地基承載力和水穩性，對環境無污染，且施工時無噪聲，對相鄰建筑物無影響，機具設備簡單，液壓操縱，技術易于掌握，成樁效率高（8m長樁，每臺樁機每天可完成100根），加固所需費用較低，只要嚴格按設計要求控制進尺及水泥摻入量，采用全程復攪使樁身均勻，同時解決好樁底水泥土與下臥硬土層的結合問題，該方案完全可以滿足本涵的承載力和沉降要求。

2.2.2 設計計算

根據水泥土攪拌樁的作用機理可知，所形成的水泥土樁體與樁周土組成復合地基共同承擔建筑物荷載，由于二者剛度相差較大，樁體與樁間土如何分擔建筑物荷載是較為復雜的問題，目前，可按下列經驗公式計算加固后水泥土攪拌樁復合地基容許承載力。

式中：σsp——復合地基容許承載力（kPa）；

σs——樁間土天然地基容許承載力（kPa）；

m ——置換率；

Ap——樁身截面積（m2）；

β ——樁間土承載力拆減系數，當樁底為軟弱土層時，可取0.5～1.0，樁底為硬土時，可取0.1～0.4；

[P] ——單樁容許承載力（kN）。

單樁豎向承載力可按下面兩公式計算，并取其較小值：

式中：η——樁身強度折減系數，粉體攪拌樁可取0.2～0.3，漿體攪拌樁可取0.25～0.33；

Pf——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊在標準養護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值（kPa）；

Up——樁身周長（m）；

qi——樁周第i層土的容許摩阻力，對淤泥質土可取6～12kPa；對軟塑狀態的粘性土可取10～15kPa；對可塑狀態的粘性土可取12～18kPa；

Li——樁周第i層土的厚度（m）；

α ——樁底地基土容許承載力拆減系數，可取0.4～0.6，承載力高時取低值；

qp——樁端地基土容許承載力（kPa）。

通過擬定不同樁徑、樁距和樁長做了試算比較，在大量試算基礎上，經過技術經濟比較，最后采用樁徑0.5m，等邊三角形布樁，樁間距1m設計，以涵洞流水面做為②層頂，基礎厚1.2m，砂墊層0.3m，按6m樁長計算，②層樁長1.9m，qi=12kPa，③層樁長3.8m，qi=12kPa，④層樁長0.3m ，qi=15kPa。

單樁承載力[P]=1.57×（12×1.9+12 ×3.8+15×0.3）+0.5×120×0.196= 126.2kPa

則Pf需大于等于126.2/0.25/0.196= 2576kPa

復合地基容許承載力σsp=0.227× 126.2/0.196+0.3×（1-0.227）×90=167.0kPa＞160kPa，滿足設計要求的地基承載力。

3 .施工控制

水泥土攪拌樁地基加固技術成本地、工效快，大量運用于工民建工程，因噴漿量、攪拌均勻性等不易控制，如何保證施工質量是該涵地基加固處理的關鍵所在。

3.1 工藝性試樁

在正式施工前選取一定數量的樁進行試打，從而確定樁機在本工程地質條件下的施工技術參數（樁機鉆進速度、提升噴攪速度和復攪速度、刮灰器轉速與噴攪提升速度的配合、空壓機風壓和風量等）。工藝性試樁所確定的參數，為施工、監理單位提供了操作性很強的量比指標，為保證工程質量提供了可靠的依據。

3.2 工程樁施工

采取24h質監員跟班檢查服務業，重點檢查每米的噴漿量、樁長、樁位垂直度及樁機下鉆、上提速度，此外，采用電子秤（計量裝置）對每根樁的噴漿量進行控制，并每米記錄一次噴漿量，以準確跟蹤每根樁從下到上的質量情況，一旦在某個深度出現灰量不足或斷灰情況，可以準確地進行補噴。

3.3.1 無側限抗壓強度試驗

成樁28d后，應采用雙管單動取樣器在樁徑方向1/4處、樁長范圍內垂直鉆孔取芯，觀察樁體完整性、均勻性，取不同深度的不少于3個試樣作無側限抗壓強度試驗。檢驗數量為施工總樁數的2‰，且不少于3根。

3.3.2 載荷試驗

成樁28d后應進行單樁或復合地基載荷試驗，根據《鐵路工程地基處理技術規程》（TB10106—2010）所規定的試驗方法，確定水泥土攪拌樁復合地基容許承載力σsp＞160kPa。隨著齡期增長，地基承載力仍有一定程度的提高。

4 結束與體會

水泥土攪拌樁是一種高效、經濟和安全的地基處理技術，不僅可用于一般橋涵工程，也可用于大型公路，設計和施工中應注意以下幾點：

4.1 適當地層條件

擬加固的軟土地層厚度一般應小于10m，且下臥硬土層天然地基承載能力以大于150 kpa為宜，樁底進入硬土層的深度應視硬土層含水量、強度、通過工藝樁取樣試驗確定，務必保證硬土層內樁體攪拌均勻、固結良好和樁尖與硬土層的良好接觸，絕非進入硬土層越深越佳，避免因固結差而導致削弱樁體強度。

4.2 樁身均勻控制

一般操作規程規定，水泥土攪拌樁復攪深度為1/2樁長或1/3樁長，從工藝樁取芯結果看，一次噴漿提升成樁樁體水泥土攪拌均勻性差，影響了樁身強度，為保證樁身均勻性應采用全程復攪工藝成樁。

4.3 鉆桿提升時間

為保證樁尖成樁質量，鉆至樁底后，鉆機應在原地旋轉1～2分鐘，打開漿罐后，應等漿體從噴嘴噴出后才能提升，漿體從鉆口到噴嘴的時間與連接兩者的皮管長度和空氣壓力有關，應由試驗確定。

4.4 精心施工

水泥土攪拌樁為隱蔽工程，成樁質量不易認定，極易造成噴漿量不足，進尺不夠，攪拌不均勻等質量事故。因此，必須要有一支高度責任感和高素質的施工隊伍，監理單位應全程旁站，逐一記錄，嚴格按設計和工藝試樁參數施工。

[1]水泥土攪拌樁施工中常見問題的認識和處理[J].西部探礦工程，2006.

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