碎石樁加水泥土攪拌樁復合地基的應用

于德國，鄭敏麗， 張 彬，寧亞瑜，徐鑫哲

(盤錦職業技術學院 建筑工程分院，遼寧 盤錦 124000)

由兩種或兩種以上不同類型增強體，或者同一類型增強體所采用的材料、工法不同，或者同類增強體工法相同而采用不同長度或不同直徑與樁(增強體)間土組合形成的復合地基稱為多樁型復合地基。多樁型符合地基適用于處理不同深度存在相對硬層的正常固結土，或淺層存在欠固結土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土，以及地基承載力和變形要求較高的土[1]。用于處理可液化土或軟黏土地基可以采用“碎石樁加CFG樁”復合地基、“碎石樁加水泥土攪拌樁”復合地基、“塑料排水板或砂井加水泥土攪拌樁”復合地基。

1 工程情況

盤錦市體育中心位于盤錦市東南部遼東灣新區金帛灣水城中心地帶，4號路南側的近海區域。該建設項目總占地面積48公頃，總建筑面積愈13萬m2，總座席數46225位,其中網球館建筑面積8890 m2，座席數2452個,是遼寧省全運會場館[2]。工程建成后可舉辦地區性比賽和全國單項比賽。由于盤錦體育中心場地土為吹填土，工程開工時，吹填僅完成幾年，地基承載力不能滿足要求，并且地下土含有粉砂夾粉質黏土層，為液化土層，需要進行地基處理。

2 地質情況

勘探深度內所揭露的地層巖性主要為素填土、粉質黏土、粉砂夾粉質黏土、粉質黏土粉砂互層、粉質黏土夾粉砂及粉細砂等[3]，根據其時代、成因及工程地質性質，劃分為幾個工程地質層，工程地質剖面圖如圖1所示。

(1)素填土(Q4mc)：灰色、黃褐色，土質松散，主要由粉質黏土、粉土、粉砂等組成。該層零星分布于場地表層，層厚0.50～2.20m，層底埋深0.50～2.20m，層底標高2.67～0.64m。

(2)粉質黏土(Q4mc)：黃褐色，呈軟塑～可塑狀，黏性較強，無搖振反應，無光澤，韌性及干強度中等，可見鐵質浸染，局部為黏土。局部夾少量粉砂或粉土，底部粉土、粉砂夾層較多。該層分布普遍，層厚0.50～4.40m，層底埋深0.50～6.00m，層底標高1.83～-3.26m。

(3)粉砂夾粉質黏土(Q4mc)：灰色，飽和，松散，礦物成分以石英為主，夾粉質黏土薄層，呈軟塑～可塑狀態，黏性較強，層理較明顯，局部含少量貝殼。該層分布不連續，層厚1.10～6.00m，層頂埋深0.70～5.70m，層頂標高1.71～-2.89m[4]。

(4)粉質黏土粉砂互層(Q4mc)：灰色，粉質黏土軟塑，局部為黏土；粉砂飽和，松散，互層厚度多在3～10mm，層理明顯，干強度及韌性低～中等，無搖振反應，含少量貝殼，局部夾淤泥質粉質黏土，呈流塑狀態。該層分布普遍，層厚3.40～15.90m，層頂埋深0.60～9.30m，層頂標高1.83～-5.94m。

(5)粉砂夾粉質黏土(Q4mc)：灰色，飽和，稍密，局部松散，礦物成分以石英為主，夾粉質黏土，呈軟塑～可塑狀態，黏性較強，層理較明顯，局部含少量貝殼。該層分布較普遍，層厚1.80～10.70m，層頂埋深9.60～18.50m，層頂標高-7.05～-16.34m。

(6)粉質黏土(Q4mc)：灰色，可塑，黏性較強，局部為黏土，無搖振反應，韌性及干強度中等，刀切面較光滑，局部夾粉砂薄層。該層分布較普遍，層厚1.40～7.50m，層頂埋深12.70～21.70m，層頂標高-10.48～-19.69m。

勘察期間各孔均見地下水，為第四系松散巖類孔隙水，賦存于粉砂層中，微具承壓性，其補給來源主要為大氣降水入滲及地下水側向徑流，以蒸發及地下徑流形式排泄。地下水位受海水潮汐作用影響較大，漲潮時地下水位明顯上漲。勘察期間實測，地下水位埋深0.35～1.40m，平均0.9m左右，最高水位高程2.15m，因此抗浮設計水位可按高程2.15m考慮。該區地下水位變幅一般在1.0m左右。

圖1 工程地質剖面圖

3 地基處理

3.1 處理方法

由于地質情況不良，難以保證比賽場地的地基承載力。因此，網球訓練館比賽場地的地坪采用碎石樁+水泥土攪拌樁復合地基處理，處理范圍為尺寸為55.38m×39.45m，處理后復合地基承載力不小于80kPa。打樁施工在現狀地表進行。碎石樁以及水泥土攪拌樁的樁徑均為500mm，碎石樁的樁長為16.5m，并且應保證碎石樁穿透粉砂夾粉質黏土的液化土層，樁端進入下部的粉質黏土層，碎石樁總計布樁4305根。水泥土攪拌樁的樁長為13.5m，樁端應進入粉砂夾粉質黏土層，水泥土攪拌樁總計布樁1256根。碎石樁樁體材料為碎石，碎石粒徑為2.0～4.2cm，含泥量小于5%。水泥土攪拌樁的樁體材料水泥采用PSA32.5水泥，水泥摻入量為50kg/m，水泥漿水灰比為0.5～0.6。樁位剖面示意圖如圖2。

樁施工完成后，清理表層虛土并進行碾壓處理，最后在樁頂以上鋪設500mm厚砂石墊層并夯實。

圖2 樁位剖面示意圖

3.2 樁體間距

樁體的間距不宜大于樁直徑的4.5倍，對于松散粉土和砂土地基，樁體間距應根據擠密后要求達到的孔隙比確定。對于正方形布樁，

式中：s—樁體間距；

ξ—修正系數，對于振動沉樁可取1.1～1.2；

d—砂石樁直徑；

e0—地基處理前砂土孔隙比；

e1—地基擠密后要求達到的孔隙比。

確定碎石樁及水泥土攪拌樁的樁間距為1.40m×1.40m。樁位布置圖如圖3。

水泥土攪拌樁及碎石樁的面積置換率為

圖3 樁位布置圖

3.3 地基承載力特征值

對于水泥土攪拌樁，按土層性質計算單樁承載力特征值為

式中：αp—樁端阻力發揮系數；

qp—樁端端阻力特征值；

qsi—樁周范圍內第i層土的厚度；

li—樁長范圍內第i層土的厚度；

Ap—樁底截面積。

按樁身材料強度計算單樁承載力特征值為

Ra1=ηfcuAp=0.25×2000×π×0.252=98.125kN，

式中：η—樁身強度折減系數，濕法取0.25；

fcu—邊長70.7cm的立方體在標準養護條件下90d期齡的立方體抗壓強度平均值，kPa；

Ap—樁身截面積。

各土層力學指標見表1。取數據小的值，水泥土攪拌樁的承載力特征值為98.125kN。

表1 各土層力學指標

復合地基的承載力特征值為

式中：λ1—單樁承載力發揮系數；

β—僅由散粒體材料加固處理形成的復合地基承載力發揮系數；

n—僅由散粒體材料加固處理形成復合地基的樁土應力比；

fsk—僅由散粒體材料加固處理后樁間土承載力特征值。

經過地基處理后的地基承載力特征值為194kPa，大于上部結構要求的80kPa，能夠滿足設計的要求。

4 技術要求及檢測

4.1 碎石樁的施工

碎石樁采用振動沉管施工工藝，施工順序為：移動樁機，對準樁位；啟動振動錘沉管；向管內填料；邊振動邊拔管；反插。孔內的碎石填料量通過現場試驗確定，估算時可按設計樁孔內體積乘以1.2～1.4的充盈系數確定。施工前應進行成樁工藝和成樁擠密試驗。施工時，在基礎外緣的擴大寬度不應小于基底下可液化土層厚度的二分之一，且不應小于5m。在施工過程中，宜從外圍或兩側向中間進行，施工時樁位偏差不應大于套管外徑的30%，套管垂直度允許偏差為±1%。處理完成后采用標準貫入試驗來檢測地基土的抗液化性。

4.2 水泥土攪拌樁的施工

水泥土攪拌樁采用濕法施工工藝，施工順序為：攪拌樁機就位調平；攪拌至設計深度；邊噴邊攪邊提升；復攪。全樁長上下至少重復攪拌一次，樁頂下三分之一要加攪一次，當水泥漿液到達出漿口后，應噴漿攪拌30s。在水泥漿與樁端土充分攪拌后，開始提升攪拌頭，注漿泵的額定壓力不宜小于5.0MPa。成樁7d后，采用淺部開挖樁頭(深度宜超過停漿面下0.5m)，目測檢查攪拌的均勻性，測量成樁直徑。檢查量為總樁數的5%。成樁后3d內，可用輕型動力觸探(N10)檢查每米樁身的均勻性。檢查數量為總樁數的1%，且不少于3根。

4.3 地基承載力的檢測

在地基處理完成后，對復合地基的承載力進行檢測，檢測結果見圖4。從檢測結果來看，經過地基處理之后，碎石樁加水泥土攪拌樁復合地基的承載力能夠滿足要求。

圖4 復合地基靜載荷試驗Q-S曲線

5 結語

(1)由于本工程地基承載力不能滿足工程的要求，并且存在液化土層，因此，采用碎石樁加水泥土攪拌樁的地基處理方法，能夠很好地解決以上的問題，并且降低了工程的造價。

(2)由于本工程為全運會場館，經過地基處理，加速了土體的固結，大大縮短了工期，保證了工程的按期完工，目前應用情況良好。

(3)碎石樁加水泥土攪拌樁可以因地制宜，根據場地情況采用不同的樁徑、樁長、樁間距進行調整，以滿足工程的要求，具有廣闊的應用前景。