水泥土樁復合地基技術探究

厲頔

[摘要]：水泥土樁作為一種地基加固技術具有獨特優點，尤其與地基土構成的水泥土樁復合地基在工程中應用十分廣泛。 本文介紹了在水泥土樁復合地基研究領域中所取得的成果。

[關鍵詞]： 水泥土樁；復合地基；承載力

[引言]：自20世紀70年代末、80年代初水泥土樁施工機械研制成功并應用于工程以來，由于水泥土樁加固軟土技術具有如下獨特優點：可最大限度地利用地基土，并且施工時沒有地基土的側向擠出，對原有建筑物的影響較小，可在建筑物密集的地方進行施工；可根據地基土性質的不同，合理選擇固化劑及其配合比，設計比較靈活；施工時無振動、噪音和污染；可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等形式加固地基；土體加固前后重度相差不大，基本不會由于水泥土樁的設置而對軟弱下臥層產生附加應力（沉降）；與其他方法相比，造價低廉，工期較短。因而在建筑工程建設中得到了迅速而廣泛的應用。

1. 水泥土的物理力學性質

水泥土物理力學性質對泥土樁的承載與變形性能有著較大的影響，水泥土是水泥與土組合而成的一種人工復合材料，與單一材料相比，其物理、力學性質有著特殊性與復雜性。

1.1水泥土的重度

水泥土重度比原狀土重度略有增加，但總體相差不大，水泥土的重度一般僅比天然軟土的重度大約3.0%-4.5%。同時，原狀土含水量高，則水泥土含水量也高，水泥土含水量高，則水泥土的密度小。由于水泥土在硬凝過程的水泥水化等反應，使部分自由水以結晶水的形式固定下來，所以水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，水泥土含水量比原土樣含水量減少0.5%-7.0%，且隨水泥摻入比的增加而減小。

1.2水泥土的強度

水泥土抗壓強度及其變形模量受水泥摻入比、被加固土含水量和有機質含量、水泥標號與種類、養護齡期與方式、圍壓以及水泥土試件的尺寸與形狀等多種因素影響。水泥土強度隨水泥摻入比增加而提高，但其強度增幅隨水泥摻入比增加而減小，當水泥摻入比為5%-30%時，水泥摻入比每增加3%-5%，強度增幅約在3.5（低水泥摻入比）-1.1倍（高水泥摻入比）之間變化。水泥土強度隨被加固土含水量的增加而減小，當被加固土中含有有機質成分時，水泥土強度將降低，且有機質成分愈高，水泥土強度降低愈多。

2.水泥土樁及其復合地基力學性質

國外對水泥土性質、水泥土樁復合地基強度增長機理和應力分布以及水泥土樁處理液化地基等問題，都進行了較為深入的分析研究。對水泥土的力學性質進行了直剪試驗研究，指出水泥土抗剪強度隨水泥摻入比的增加而增大；室內外試驗研究表明，水泥漿攪拌樁施工過程中，樁周粘性土在漿液壓力和葉片旋轉剪切作用下，將產生超孔隙水壓力，并出現豎直或水平向裂縫，這些裂縫的存在，可加速軟粘土固結和強度增長；在進行了大尺寸模型試驗研究后認為，對樁體強度較高的復合地基，樁體在工作荷載下處于彈性狀態，并且在樁土等應變受力過程中，樁間土荷載不斷向材料模量大的樁體轉移，利用樁承擔更多的土所不能承擔的荷載，起到了較好的加固效果。

3.水泥土樁復合地基承載力

根據規范提供的經驗公式計算和現場靜載荷試驗實測，是目前工程中確定水泥土樁復合地基承載力的兩種主要途徑。前者常用于初步設計時的承載力估算，而后者則既可為設計承載力提供直接的依據，又可作為檢驗復合地基（或工程樁）施工質量的一種手段。

根據靜載荷試驗資料確定復合地基承載力，目前主要采用轉折點法和相對沉降量法。當靜載荷試驗所得p-s曲線有明顯拐點時，可采用轉折點法確定復合地基承載力。但對于水泥土樁復合地基，很多情況下p-s曲線比較光滑平緩而并不出現明顯拐點，此時則常采用相對沉降量法，即以沉降量控制復合地基承載力，由于控制承載力的復合地基沉降量與載荷板尺寸有關并隨載荷板尺寸增大而增大，因此樁間距越大，載荷板尺寸越大，得到的承載力也就越大，這顯然是不合理的。 國外學者提出了“回彈法”確定復合地基承載力，即取靜載荷試驗所得p-s曲線（壓縮曲線）上與回彈量相等的沉降（變形）值所對應的荷載作為復合地基承載力，通過工程實例分析，指出雖然用該法確定復合地基承載力偏于保守，但比較適用于由于樁或樁間土的某些不良因素而存在缺陷的情況。

4. 水泥土樁復合地基沉降

復合地基沉降包括三部分：褥墊層變形、加固區變形和下臥層變形。實際工程中由于褥墊層厚度一般較小（10-30 cm），且在施工前已壓密，所以該部分變形可忽略不計。

復合地基沉降量通常可以采用實用計算方法，Boussinesq和Mindlin聯合求解法和有限單元法計算。實用計算法公式簡單、應用方便，在計算加固區和下臥層壓縮量時有多種不同的方法，但各種方法在準確確定其相應的計算參數如樁土應力比、樁底刺入下臥層的刺入量、加固區壓力擴散角以及等效實體側面摩阻力時，實際存在較大困難，仍需通過不斷的工程實踐加以摸索與總結。Boussinesq和Mindlin聯合求解法，考慮了作用在半無限體表面與內部的荷載引起的土中應力的不同，就土中附加應力而言更接近工程實際，但該法計算公式煩瑣，且在確定樁土分擔荷載、樁側摩阻力分布規律與大小時也存在較大難度。

5.結語

水泥土樁作為一種軟土地基處理與加固方法并具有獨特的優點，在工程特別是高速公路工程中的應用已越來越多，水泥土樁復合地基也因此成為巖土工程工作者所關注的熱點與焦點問題之一。目前，盡管對剛性基礎下的水泥土樁復合地基中的很多問題還需作進一步深入分析與研究，但對此條件下的水泥土樁荷載傳遞規律、樁土應力比以及復合地基承載力與沉降等已有了初步的認識與了解，基本形成了復合地基強度與變形的理論框架并用于指導工程實踐。對于柔性基礎條件下的水泥土樁復合地基，由于工程與理論研究的起步較晚和難度較大，因此對此條件下的樁土相互作用規律、復合地基強度與變形設計計算理論等還需通過大量的工程實踐與理論研究，逐步認識與掌握。

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