水泥土攪拌樁在池州市天生湖一站地基 處理中的應用

程從穩 張志彪

（1 池州市建設工程質量安全監督處， 安徽 池州 247100；2.安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司， 安徽 合肥 230000）

1 工程概況

天生湖一站位于池州市西郊的國家5A 級旅游景區杏花村天生圩，區域防洪標準為50 年一遇，設計排澇標準為20 年一遇24h 暴雨地面不積水，現狀防洪排澇設施基礎薄弱，隨著杏花村文化旅游區的建設發展，嚴重影響了區域經濟社會的可持續發展。

天生湖一站設計參數表

泵站建筑物包括：前池、泵房、壓力匯水箱、排澇出水涵等，采用正向布置，依次位于同一軸線上，軸線與天生圩堤防正交。前池順水流方向呈矩形布置，前池總長20.35m，凈寬17.0m；泵房為堤后式，底板厚0.8m，順水流方向長26.20m；泵房出水側設壓力水箱，壓力水箱末端與排澇出水箱涵連接。排澇出水涵為兩孔，孔口尺寸為2.5×3.0m，總長56m。[1]

2 工程地質

經地質調查和鉆探揭露勘察成果，土層自上而下分別為：

堤身填土(Q4ml)：以重、中粉質壤土為主，主要分布在堤防及堤防兩側，灰黃色，軟可塑，濕，局部堤腳處因河水浸泡呈軟塑狀，中等～中等偏高壓縮性。層厚1.50～9.00m，層底高程8.99～6.53m。

①層 (Q4al)：重粉質壤土，灰～灰黃色，軟可塑為主，中等壓縮性，層厚0.60～4.20m，層底高程7.24～3.57m.

②層(Q4al)：淤質重中粉質壤土，灰色，軟塑，局部軟可塑，高壓縮性，具層理，夾薄層細砂，層厚0.90～9.20m，層底高程4.19～-7.30m。

②1層(Q4al)：細砂，灰色，松散～稍密，飽和，局部夾淤泥質土，中等壓縮性。層厚1.40～3.60m，層底高程2.29～0.32m。

③層(Q4al)：細砂夾粉質壤土，灰色，稍密，飽和，局部互層狀，互層厚度0.2～0.5m；層厚1.20～3.90m，層底高程-4.73～-8.50m。

④層(Q3al+pl)：砂卵礫石，雜色，稍密，局部中密，飽和，礫石次棱角狀，直徑0.2～0.5cm，充填物為粉質壤土及中粗砂。最大揭露厚度6.80m，對應底高程-14.30m。

⑧層(K)：礫巖夾泥巖，棕紅、灰白色，礫石直徑 0.5～3cm，磨圓度較好，未鉆穿，最大揭露厚度1.70m，對應底高程-13.74m。

工程區地下水類型主要為孔隙水，孔隙潛水賦存于上部的填土和（淤泥質）粉質壤土中，工程區基本地震動峰值加速度為0.10g，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。

泵房底板高程約4.80m，位于①層重粉質壤土、②層淤泥質重中粉質壤土和②1層細砂夾淤泥質土中，承載力fak=65kPa，強度較低，不宜直接作為天然地基，建議采取粉噴樁補強措施或采用樁基礎，以④層砂卵礫石或⑧層礫巖夾泥巖為樁端持力層。②1層細砂夾淤泥質土滲透性較強，應采取一定的防滲處理措施。[2]

3 水泥土攪拌樁介紹

水泥土攪拌樁是用于加固飽和軟黏土地基的一種方法，用回轉的攪拌葉片將壓入軟土內的水泥漿與周圍軟土強制拌和形成泥加固體。[3]

水泥土攪拌樁可分為漿液攪拌法和粉體攪拌法，粉體攪拌法加固深度不超過15m，漿液攪拌法加固深度不超過20m，主要用于處理淤泥、淤泥質土等軟弱土層。

水泥土攪拌樁可用單、雙、多頭攪拌等攪拌形成加固體；濕法攪拌通常插入型鋼形成排樁墻。

4 單樁豎向承載力及復合地基承載力計算

根據同類工程設計經驗，水泥粉噴樁直徑采用0.5m，水泥摻入比按15%計，水泥粉噴樁樁間距取1.0m 呈梅花形布置，樁土置換率為0.196，樁底深入③層細中砂夾粉質壤土層或⑤層重粉質壤土層以下1.0m 控制。

攪拌樁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，如何分擔建筑物荷載較為復雜，目前按《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）[4]中公式計算。

水泥土攪拌樁單樁豎向承載力，與樁周側阻力及樁端阻力有關，也與水泥土的配比及其強度有關，分別按式1 和式2 計算，并取按兩式分別計算的小值做為攪拌樁的單樁豎向承載力。按式3 計算復合地基承載力。

式中：up—樁的周長（m）；

qsi—樁周第i 層土的側阻力特征值（kPa）；

lpi—樁長范圍內第i 層土的厚度（m）；

αp—樁端端阻力發揮系數；

qp—樁端端阻力特征值（kPa ）；

式中：fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊，邊長為70.7mm 的立方體在標準養護條件下90d 齡期的立方體抗壓強度平均值；

lpi—樁長范圍內第i 層土的厚度（m）；

αp—樁端端阻力發揮系數；

qp—樁端端阻力特征值（kPa）。

式中：fspk—復合地基承載力特征值（kPa）；

m—面積置換率；

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap—樁的截面積（m2）；

β—樁間土承載力折減系數，可取0.75～0.95；

fsk—處理后樁間土承載力特征值（kPa），可取天然地基承載力特征值。

通過計算，天生湖一站地基經加固后，水泥土攪拌樁單樁承載力98.1kPa，復合地基承載力特征值為135.03kPa，大于各主要建筑物的最大基底應力，滿足規范要求。

5 復合地基沉降計算

泵房地基采用水泥粉噴樁加固處理，處理后形成的復合地基，按《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）條文7.3.2（9）計算變形，包括粉噴樁復合土層的平均壓縮變形S1（式4）與樁端下未加固土層的壓縮變形S2（式5）。

式中：pz—復合攪拌樁土層頂面附加壓力值（kPa）；

pz1-復合攪拌樁土層底面附加壓力值（kPa）；

Esp—復合攪拌樁土層的壓縮模量（kPa）；

Ep—攪拌樁的壓縮模量（kPa）；

Es—樁間土的壓縮模量（kPa）；

m—面積置換率。

式中：s—地基最終沉降量（cm）；

ψs—沉降計算經驗系數；

n—地基沉降計算范圍內所劃定的土層數；

Esi—基礎底面下第i 層土壓縮模量（MPa）；

zi、zi-1—泵房基礎底面至第i 層土、第i-1 層土的距離（m）；

αi、αi-1—礎底面計算點至第i 層土、第i-1 層土底面范內平均附加應力系數；

po—基礎底面處有效附加壓力。

天生湖一站泵房基礎的最大沉降量為77.6mm，最小沉降量為53.6mm，最大沉降差為24mm，滿足規范中對最大沉降量（150mm）和沉降差（50mm）的要求。

6 結語

經以上計算可知，水泥土攪拌樁處理后地基承載力及地基變形均滿足規范要求。水泥土攪拌樁作為軟土地基處理的一種有效形式，目前已在越來越多的工程中得到應用，本文通過單樁豎向承載力、復合地基承載力以及復合地基沉降量計算方法的描述，為軟弱地質條件下的水泥土攪拌樁地基處理設計提供參考。