夯實水泥土樁復合地基實例分析

董曉芳　郭志偉

(1.山西二建集團有限公司，山西 太原　030013；　2.北京中外建建筑設計有限公司山西分公司，山西 太原　030013)

0　引言

近年來，隨著社會的發展，科技的進步，人們在建筑領域對地上、地下空間的使用更為廣泛，地基處理變得更加重要，尤其夯實水泥土樁的發展，因其施工便利，設備簡易，成本低，工期短，樁體強度較高等優點，且設計理論和施工工藝日趨成熟，故此復合地基處理方法在工程中應用愈來愈多，它主要適用于地下水位較低的地區,對于粉土、粘性土、素填土等地下水位以上的土質，厚度一般不應大于10 m，主要適用于我國北方地區，尤其是在北京、山西、河北等地被廣泛應用。

1　樁型簡介

夯實水泥土樁復合地基，材料為水泥和土，二者按比例拌合均勻,場地打孔后,分層將此拌合物灌入孔內，并采用夯實機分層夯實，從而形成一種新的增強體的復合地基。此復合地基包括夯實水泥土樁、樁與樁之間的原有土質和樁上部的褥墊層，其中夯實水泥土樁作為主要力量，一方面對樁與樁之間的原有土質在鉆孔與夯填時起到了擠密作用，使樁周圍土質強度進一步提高，另一方面水泥與換填土在攪拌、夯實過程中發生一系列物理化學反應，不僅提高了樁本身強度，還明顯提高了復合地基強度和抗變形能力。該特性與其他種類水泥土樁相似,但由于其制樁工藝特殊,所以其承載和變形特性有其獨特的特點。

2　工程概述

2.1　工程概況

本工程為下柵新型農村社區7號住宅樓,主體建筑為地下1層,地上18層(19層為局部凸出屋面電梯機房),地下為儲藏室,地上均為住宅。建筑面積為12 983 m2，其中基地面積為672.5 m2，總高度為54.900 m,高層建筑按高度分級:A級。主樓結構體系采用框架剪力墻結構。基礎采用鋼筋混凝土肋梁筏板基礎。地基處理根據地質條件采用夯實水泥土樁復合地基。

2.2　地質條件

本工程自上而下的土層工程地質特征如下：

第①層：雜填土及素填土，平均層厚為1.37 m;第②層：濕陷性黃土，平均層厚為1.67 m，承載力特征值為130 kPa;第③層：粉土，平均層厚為7.08 m，承載力特征值為130 kPa;第④層：粉質粘土，平均層厚為3.62 m，承載力特征值為140 kPa;第⑤層：粉土，平均層厚為2.17 m，承載力特征值為160 kPa。

本工程勘探深度范圍內未見地下水,地基土對混凝土結構及混凝土結構中的鋼筋均具微腐蝕性。場地不存在不良地質現象,可不考慮震陷影響，場地土為不液化土，地基土為Ⅰ級(輕微)非自重濕陷性場地，建筑場地類別為Ⅲ類場地。

2.3　地基處理

本工程由于天然地基承載力不能滿足上部結構荷載要求，采用夯實水泥土樁對地基進行處理，樁身材料采用水泥與土的混合料，水泥與土的體積比暫按1∶5，具體應通過配合比試驗確定。當在進行配比試驗時，必須對現場土質進行抽樣，確定土質情況，根據土質情況選擇合適的水泥，進行優化配比，夯實水泥土樁樁體強度取28 d齡期試塊的立方體抗壓強度平均值。本工程持力層為第②層黃土層，樁端進入第④層粘土層。

2.4　樁體計算

夯實水泥土樁成孔直徑400 mm,成樁直徑450 mm,樁距1.0 m,有效樁長10.0 m,樁頭0.50 m,正三角形布樁。

1)復合地基承載力計算。

單樁豎向承載力特征值計算。

由JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范7.1.5條：Ra=up∑qsili+aPqpAp。

其中，up為樁的周長,up=1.413 m；qsi,qz分別為樁周第i層土的側阻力、樁端端阻力特征值，kPa；li為第i層土的厚度，m；Ap為樁的截面積，Ap=0.158 9 m2。

Ra=1.413×(0.62×11+8×22.5+1.38×33)+0.5×450×0.158 9=364.07 kN。

面積置換率計算:

其中，d為樁身平均直徑,d=0.45 m；de為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑。

de=1.05s=1.05×1.0=1.05 m。

其中，s為樁間距。

復合地基承載力計算:

由JGJ 79—2012 建筑地基處理技術規范7.1.5條，fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk。

其中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa；m為面積置換率，m=0.183 7;Ra為單樁豎向承載力特征值，Ra=364.07 kN；β為樁間土承載力折減系數，β=0.90；fsk為處理后樁間土承載力特征值，取天然地基承載力特征值，fsk=130.00 kPa。

fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk=

1.0×0.183 7×364.07/0.158 9+0.9×(1-0.183 7)×130=

516.39 kPa>320 kPa。

由fspk=320 kPa反算得Ra=190 kN。

由JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范7.1.6條,4Ra/Ap=4×190 000/158 962.5=4.78

fcu≥4Ra/Ap，樁身混凝土強度滿足規范要求。

2)樁體混合料強度要求達到5.0 MPa(邊長150 mm立方體標準養護28 d無側限抗壓強度標準值)，處理后的復合地基承載力特征值不小于320 kPa，單樁承載力特征值不小于195 kN,夯實水泥土樁孔內填的混合料配合比應按工程要求、土料性質及采用的水泥品種，由配合比試驗確定。要求樁體強度大于4倍樁體設計壓力。

2.5　施工要求

施工前先進行試樁，以試樁確定的復合地基承載力值作為設計依據。成孔方式為機械成孔，樁孔中心偏差不應超過樁徑設計值的1/4，垂直度偏差不應大于1.5，樁孔直徑不得小于設計樁徑。樁孔深度不得小于設計深度。向孔內回填換填土時，必須清地，并原土夯實。分段夯填時，夯錘的落距和填料厚度應根據現場試驗確定。孔內填料應分層回填夯實，填料的平均壓實系數不應低于0.97，壓實系數最小值不應低于0.93，水泥等級不低于32.5級，施工前應先進行配合比試驗，確定水泥品種及換填土、水泥配合比，施工過程中，對換填土及水泥配比，應有專人進行現場監督，對成孔質量在回填前應及時向監理單位報驗，并做好施工記錄，如發現現場土質出現異常，應立即停止施工，待查明原因并采取有效措施后方可恢復施工。

2.6　質量檢驗要求

成樁后，應及時抽樣檢驗樁體質量，且抽樣數量不少于總樁數的2%，承載力檢驗應符合設計規范要求，對復合地基載荷試驗和單樁靜載荷試驗，檢驗數量不應少于樁總數的1%，且不應少于3點。

3　工程施工主要操作要點

3.1　施工設備

1)洛陽鏟夯實機械2臺套，夯實錘2個，錘重為1 500 kg～1 800 kg，圓錐形φ250 mm，錘底錐尖角度為100°，人工洛陽鏟若干。

2)其他附屬工具：平車若干，土篩子若干，鐵鍬若干，電焊機1臺，氧氣焊1套，碘鎢燈若干，測量工具2套。

3.2　施工順序

采用隔行隔點跳打。

3.3　樁體材料質量控制

1)土料：采用場地素土，不得含有機質，不得夾有磚塊、瓦片及生活垃圾。土料使用前過10 mm～20 mm篩，過干要提前一晝夜灑水濕透。

2)水泥：整齊堆置于規定地點并采取防水防潮措施。

3)水泥土要嚴格按比例拌合均勻,拌好后4 h內夯填，規定時間內未用完的混合料棄置于規定地點。

4)水泥土的含水量要求接近最優含水量,現場檢驗方法：“手握成團,落地開花”,若過干宜灑水,過濕宜晾曬。

3.4　成孔質量控制

1)樁孔垂直度按1.5%H控制。

2)樁位允許偏差10 cm(1/4樁徑)，樁徑允許偏差-2.0 cm，樁孔深度不小于設計深度。

3)成孔后，會同監理、甲方用測繩測量其深度。

4)現場技術人員要認真做好原始記錄，隨時檢查核對樁位、樁數、樁號，以免錯打或漏樁。

3.5　樁孔夯填質量控制

1)填料前應先夯實孔底虛土。

2)填料時，填入一小鏟車料，夯錘落距不低于2.0 m，連續夯擊5擊～6擊。

3)在填料時應聽到最后2擊夯擊的清脆聲再下料。

4)在夯實機的鋼絲繩上做樁頂標高標記，如遇縮孔或地下含水量過大時可先夯至樁底標高后再填料。

4　施工質量控制要點

基坑開挖后依據設計及規范要求，我項目部對樁位偏差、樁徑、樁頂標高進行檢查，檢查結果：

1)樁位偏差：最大值為60 mm，最小值為10 mm，符合設計要求。

2)樁頂標高：開挖后，均在±5 cm偏差范圍內，符合要求。

3)樁徑：最大值550 mm，最小值460 mm，符合設計要求。

4)對分項工程驗收，按施工部位共劃分為10個檢驗批進行自檢，主控項目：合格率100%，一般項目：合格率95%，施工單位自評評定等級為合格，監理單位驗收合格。

5　案例分析

夯實水泥土樁檢驗質量的關鍵部分還是樁體夯實的是否密實及均勻，而起決定性因素的還是夯實機的夯實質量和一定的起落高度，夯實能的穩定保證樁體質量。夯實水泥土樁與水泥土攪拌樁的區別在于樁體材料形成不同，樁體強度來源及土材料來源不同，前者為孔外拌且樁長均勻，強度大于后者。

6　結語

夯實水泥土樁地基處理是效果明顯的一種方法，在工程中運用應結合各工程特點及條件來判斷是否適用該方法，各工程應選擇適合的地基處理形式，以便更有效的發揮地基處理的效果和作用。