水泥土攪拌樁地基加固法在大噸位堆重靜載荷試驗中的應用及計算思路

趙勇剛

（上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

1 概述

樁基質量關系著建筑物的質量以及人民的生命財產安全。目前，樁基質量驗收方法主要通過靜載荷試驗法判定樁基承載力和完整性。常規靜載荷試驗根據提供不同的反力方式，可分為錨樁橫梁反力法和壓重平臺堆重法。因錨樁試驗法需要錨樁，增加成本，所以，常規靜載荷試驗以堆重靜載荷試驗為主。堆重靜載荷試驗前，須先吊運與試驗相匹配的重物擺放于檢測樁周圍，對于大噸位的堆重靜載荷試驗，要在樁周土上施加較大的附加應力。對試驗中基樁所在的樁周土而言，是逐漸卸載的過程，會造成基準樁本身發生變化，影響沉降測量結果。根據《建筑地基與基樁檢測技術規程》（DG/TJ 08-218-2017）判斷基樁承載力的總沉降一般為40mm，絕對數值不大，附加應力對基準樁的影響顯著，嚴重影響最終沉降測量的結果。因此，如果按照目前采用的樁頂沉降測量手段進行測量，會產生較大的誤差。本文介紹了上海市浦東新區某項目的雙軸水泥土攪拌樁地基加固處理方案，并對其經濟性效果進行了評價。

2 工程實例

2.1 工程概況

本場區地基土屬軟弱場地土，本次勘察孔范圍從地表至地表下80.0m，主要由中壓縮性和高壓縮性土組成。淺層土分布復雜，地基土參數及承載力特征值如表1 所示，抗壓靜載荷試驗參數如表2 所示。

表1 地基土參數及承載力特征值

表2 抗壓靜載荷試驗參數表

2.2 地基承載力要求

根據上海市工程建設規范《建筑地基與基樁檢測技術規程》（DG/TJ 08-218-2017）對單樁豎向抗壓靜載荷試驗的相關要求，堆載平臺配重為最大加載量的1.2 倍，需要根據不同噸位和靜載設備尺寸，處理該場地的地基。為保證基準樁的穩定性，減小上部堆重對地基施加的附加應力以及對樁周土體沉降的影響，選定合適的砼板尺寸至關重要。

對21 100kN 抗壓靜載荷試驗，選用兩塊長14m、寬5m、高0.5m 的混凝土板作為支墩。每平方米承載力為25 320÷（14×5×2）=180.9kPa。

在均布荷載作用下，根據國家標準《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）計算，鋼筋混凝土板配筋為3 層，上、中、下縱筋分別為Φ18@250、Φ20@250、Φ20@200，鋼筋型號為HRB400，配筋圖詳見圖1。

圖1 加固區混凝土板配筋圖

綜合以上分析，21 100kN 靜載荷試驗加固處理后形成的復合地基承載力須滿足≥181kPa 的要求。

3 雙軸水泥土攪拌樁地基處理加固方案

水泥土攪拌樁以水泥作為固化劑，通過攪拌機將軟土和水泥充分攪拌，利用水泥與軟土間所產生的物理、化學反應，使軟土硬結成具有水穩定性、整體性和一定強度的水泥土。根據場地地質條件及施工經驗，鑒于水泥土攪拌法地基加固處理方法通常適用于處理正常固結的淤泥以及淤泥質土，本次靜載荷試驗樁周土體地基加固處理選用雙軸水泥土攪拌樁作為加固方案。水泥土攪拌樁設計主要是確定置換率、樁長和選擇水泥摻入量，豎向承載攪拌樁長度根據上部結構對承載力和變形的要求確定。根據以往經驗，選擇雙軸攪拌樁成樁直徑為φ700@500mm，以②3層作樁端持力層。以下驗算該加固方案的可行性。

3.1 單樁極限承載力標準值計算

根據上海市工程建設規范《地基處理技術規范》（DG/TJ 08-40-2010）對單樁極限承載力標準值計算的相關要求。

fcu——與樁身水泥土配比相同的室內加固土

試塊（70.7mm 的立方體），在標準養護條件下，90d 齡期的抗壓強度平均值（kPa）；

η——樁身強度折減系數，可取0.4～0.6；

UP——樁的周長（m）；

n——樁長范圍內劃分的土層數；

i

l ——樁周第i 層土的厚度（m）；

fsi——樁周第i 層土的平均極限摩阻力kPa，按現行上海市工程建設規范《地基基礎設計標準》（DGJ 08-11-2018）有關鉆孔灌注樁的規定確定。

3.2 面積置換率計算

根據我國行業標準《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）對有粘結強度增強體復合地基承載力設計值的相關計算公式計算得到面積置換率m。

m——面積置換率；

β ——樁間土承載力折減系數，根據地區經驗取0.5；

3.3 等效圓直徑計算

根據我國行業標準《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）由面積置換率m 計算一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑。

d——樁身的平均直徑（m）；

de——一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑(m)。

3.4 樁間距計算

根據我國行業標準《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）由一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑de計算樁間距s（正方形布樁）。

按正方形布樁，s 為樁間距，取0.7m。

3.5 軟弱下臥層的驗算

根據上海市工程建設規范《地基處理技術規范》（DG/TJ 08-40-2010）規定，當攪拌樁處理范圍存在軟弱下臥層時，應按照地基基礎設計標準（DGJ08-11-2018）的要求進行下臥層承載力驗算。

地基承載力pz≤faz

pz——相應于作用的標準組合時，軟弱下臥層頂面處的附加壓力值（kPa）；

faz——軟弱下臥層頂面處地基承載力特征值(kPa)。

矩形基礎計算為：

b——矩形基礎或條形基礎底邊的寬度(m)；

l ——矩形基礎底邊的長度(m)；

pc——基礎底面處土的自重壓力值(kPa)；

z——基礎底面至軟弱下臥層頂面的距離；

θ——地基壓力擴散線與垂直線的夾角（。)。

經驗算，軟弱下臥層承載力符合要求。

3.6 試樁地基加固經濟性評價

雙軸水泥土攪拌樁水泥摻量不少于15%，建議水灰比在0.5～0.6 范圍內，雙軸水泥土攪拌樁28d 無側限抗壓強度標準值不小于0.8MPa。雙軸水泥土攪拌樁復合地基，在基礎和樁之間設置褥墊層，從地面起去除往下50cm 的翻漿高度，褥墊層材料可以選用最大粒徑不超過20mm 的級配碎石，褥墊層夯實度不宜大于0.9。本次試樁所需的水泥、支墩混凝土板、褥墊層的碎石等費用按照現行的市場行情而定，計算明細如下。

水 泥 土：0.7×6×296×185=229 992 元( 一 組296 根)

支墩：14×5×0.5×2×1 000=70 000 元 （每個長14m、寬5m、高0.5m）

褥墊層：16.8×7.4×0.5×500×2=62 160 元

共計：229 992+70 000+62 160=362 152 元

4 結語

由于樁周土附加應力會較大地影響基準樁的穩定性，且對樁身產生負摩阻力，增加樁頂沉降，容易導致靜載荷試驗沉降測量出現較大誤差。本文通過水泥土攪拌樁處理大噸位靜載荷試驗為試樁樁周土提供了具體的計算思路。水泥土攪拌法地基加固處理方法適用于處理正常固結的淤泥以及淤泥質土，從經濟性角度考慮也是合理的選擇。