淺析水泥土攪拌樁的設(shè)計與應(yīng)用

余 萌 陳 波

（四川省建筑設(shè)計院，四川 成都 610000）

一、工程概況

某工程為16層建筑，框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計一層地下室，在工程樁試開挖時由于地下巖溶發(fā)育，地下水水量相對較大，因此原設(shè)計擬用的人工挖孔樁基礎(chǔ)不可用。如果采用筏板基礎(chǔ)形式，又需要對場內(nèi)的軟弱土層進(jìn)行加固處理，該軟弱土層厚約5m，處理后的地基承載力特征值需達(dá)到220Kpa。經(jīng)過實地考察，分析、論證各種地基處理方案后，確定基于技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工便利的原則而采用水泥土攪拌樁工藝進(jìn)行地基處理。場地工程條件如下：①結(jié)構(gòu)松散的雜填土，主要成分包括碎石、碎磚、少許粘土，呈褐色，平均層厚約為2m，承載力60Kpa；②流塑-軟塑狀淤泥，呈灰褐色，平均層厚1m，承載力60Kpa；③結(jié)構(gòu)稍松散的淤泥質(zhì)土，呈灰褐色，平均層厚約1m左右，承載力90Kpa；④結(jié)構(gòu)緊密的可塑狀粉質(zhì)粘土，呈褐黃色，揭露層約超過10m，承載力220Kpa。

二、水泥土攪拌樁設(shè)計方案

（一）地質(zhì)條件參數(shù)與水泥土攪拌樁技術(shù)參數(shù)

按照相關(guān)建筑規(guī)范并結(jié)合實際的地質(zhì)報告，該工程各土層的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：①層雜填土的承載力為60Kpa，樁四周摩擦力為8Kpa，平均厚度2m；②層淤泥，平均厚度1m，樁周土摩擦力6 Kpa；③層淤泥質(zhì)土，平均厚度1m，樁周土摩擦力10Kpa；④層可塑狀粉質(zhì)粘土，承載力為220Kpa，樁四周土摩擦力18 Kpa。

復(fù)合地基承載力特征值為220Kpa，樁間土承載力特征值為60Kpa；設(shè)計樁徑50cm；樁長5m，其中持力層1m；樁周長1.57m，樁截面積0.196m2；樁端天然地基承載力折減系數(shù)取0.5；樁間天然地基承載力折減系數(shù)取0.75，設(shè)褥墊層；樁身強度折減系數(shù)取0.33，樁端地基土承載力特征值220 kPa。

（二）計算過程

單樁承載力計算公式如下：

Ra=Up∑qsili+αApqp=1.57×(8×2+6×1+10×1+18×1)+0.5×0.196×220=100.06 kN

式中Up為樁周長；Ap為樁截面積；qp為樁端地基土承載力特征值；α為樁端天然地基土承載力折減系數(shù)，取0.5。此處單樁承載力取100kN。

置換率計算公式如下：

fspk=mRa/Ap+β (1-m)fsk220=m×100/0.196+0.75×(1-m)×60m=0.376

式中fspk為復(fù)合地基承載力特征值；fsk為樁間土承載力特征值；β樁間土承載力折減系數(shù)，取0.75；

樁身強度計算公式如下：

Ra=ηfcu(90d)Apfcu(90d)=100/(0.33×0.196)=1.55MPa

則 fcu(28d)=0.7×1.55=1.09MPa,

取fcu(28d)=1.1MPa。

式中η為樁身強度折減系數(shù)，取0.33。

攪拌樁布置為正方形，樁間距設(shè)s，則：

m=0.196/s2=0.376

則s=0.722 m。

取 s=0.7m，則 m=0.196/(0.7×0.7)=0.4。按樁間距s=0.7 m正方形布置攪拌樁，樁數(shù)1140根。

經(jīng)過上述計算后利用配合比試驗確定固化劑與摻入比，如果使用普通水泥，水泥摻入比為15%，水灰比為0.75，此時基于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的水泥強度為3.1 MPa；結(jié)合實際施工經(jīng)驗，水泥土現(xiàn)場強度折減系數(shù)取0.5，水泥土現(xiàn)場強度則為1.55MPa，符合設(shè)計要求的1.1MPa.

（三）水泥土攪拌樁設(shè)計方案

經(jīng)過處理的復(fù)合地基承載力特征值至少在220 kPa，樁徑為50cm；樁長5m，進(jìn)入持力層1m，總樁數(shù)為1140根；采用水灰比為0.75的普通水泥，水泥摻入比為15%，水泥土樁身強度至少在1.1 MPa；每樁均進(jìn)行四攪四噴，提升速度不得大于每分1m；水泥土攪拌樁復(fù)合地基上要設(shè)置中粗砂褥墊層，厚度約為50cm。

三、水泥土攪拌樁施工檢測

（一）施工工藝

具體而言，水泥土攪拌樁施工流程如下：首先進(jìn)行場地的平整與清理，然后測放軸線，確定樁位；樁機準(zhǔn)備就位后進(jìn)行水泥漿的配置，第一次噴漿攪拌下沉至設(shè)計樁端標(biāo)高位置，提升攪拌至地面，第二次噴漿至設(shè)計樁端標(biāo)高的位置，并提升攪拌至地面，此時完成了一根樁的施工，然后進(jìn)行下根樁位的施工。施工過程中要注意，在進(jìn)行場地的平整與清理時，要把場地上部多余的土方運至場外，將場地內(nèi)的障礙物，比如大石塊或者舊基礎(chǔ)等清除干凈，保證施工場地的平整度；在測放軸線與樁位時對現(xiàn)場軸線、樁位測放的準(zhǔn)確度要求較高，保證樁位測放誤差≯20 mm；在開鉆前要對準(zhǔn)樁位標(biāo)志，下鉆過程中對中誤差不得超出5cm；保證樁機主動鉆桿的垂直度，其誤差調(diào)整不得超過1.5%；水灰比取0.75，如果水泥漿配置好后超過兩個小時，則要放棄使用；在攪拌成樁過程中要嚴(yán)格遵守設(shè)計方案的要求，保證上長升或者下沉速度的均勻性。

（二）施工質(zhì)量控制要點

具體而言施工質(zhì)量控制的要點從以下兩個方面著手：其一，施工準(zhǔn)備階段，要求將施工現(xiàn)場所有的障礙物清理干凈，包括空中、地下與地面等各處，保證施工的安全性；嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行現(xiàn)場的平面布置，做好打樁施工流水；對基礎(chǔ)軸線進(jìn)行復(fù)核，確定出每個樁位后要做好標(biāo)記，偏差要控制在2cm以內(nèi)；由于樁長需要進(jìn)入持力層，因此要在樁機上增設(shè)一臺卷揚機施加反壓；保證進(jìn)場水泥的質(zhì)量合格。其二，攪拌成樁階段，需要控制起吊設(shè)備的平整度，而且導(dǎo)向架對地面的垂直度也要保證，樁機左右兩條軌道的高差控制在10cm以內(nèi)，樁的垂直偏差控制在樁長的1.5%以內(nèi)。嚴(yán)格控制水泥摻入量，水泥摻入比為15%，計算出每根樁的水泥用量，與經(jīng)過嚴(yán)格調(diào)的下沉與提升速度相結(jié)合，控制送漿泵的送漿速率；如果出現(xiàn)停電或者停水等導(dǎo)致斷漿，一定要重新攪拌，攪拌樁的搭接長度至少在50cm以上。為了對攪拌樁的垂直度進(jìn)行監(jiān)測，可以在鉆塔上懸掛吊錘；為便于后續(xù)監(jiān)測、計量樁長，需要在鉆塔上做好標(biāo)尺標(biāo)記，與地質(zhì)報告相結(jié)合，再按照攪拌機電流、下沉速率的變化等因素做出準(zhǔn)確判斷，保證攪拌樁樁長1m進(jìn)行持力層。

（三）質(zhì)量檢測

在本工程中所用到的檢測檢驗方法有多種，其貫穿了整個施工過程，具體包括以下幾項：第一，現(xiàn)場開挖，在施工初級階段需要進(jìn)行開挖檢查，在選擇攪拌樁時其比例為0.5%，開挖沉度需要達(dá)到深約3m的淤泥土層；要直觀的觀測樁身的情況，保證水泥土攪拌的均勻性，膠結(jié)的密致性，以及較高的樁體成型與較高的樁體強度。第二，進(jìn)行輕便觸探試驗，現(xiàn)場施工過程中共進(jìn)行15組輕便觸探試驗，在三天齡期內(nèi)觸探擊數(shù)為20~40擊/30cm，根據(jù)工程經(jīng)驗并參考相關(guān)文獻(xiàn)，可以確定出樁身的強度范圍在300~500 kPa。第三，水泥土的強度試驗，該試驗共分以下幾個步驟：（1）需要制作試塊進(jìn)行水泥強度的試驗，在施工階段每天均采用現(xiàn)場攪拌好的原位水泥土漿液制作試塊，試塊的規(guī)格為70.0mm×70.7mm×70.7mm。試塊的數(shù)量共計30組，通過相關(guān)試驗結(jié)果可以看出，水泥土在28天其抗壓強度范圍處于1.10~3.6MPa之間，與設(shè)計要求完全相符；（2）進(jìn)行鉆心取樣，取樣過程由監(jiān)理單位隨機完成，取樣比例為水泥土攪拌樁的1%，鉆心取樣過程中采用手持工程鉆機，在樁頂處完成，鉆心取樣數(shù)量為12組，將其切割成試塊后再進(jìn)行抗壓試驗，取得樁身的實際抗壓強度，從試驗結(jié)果可知水泥土在28天時其強度范圍可達(dá)1.10~3.6MPa，與設(shè)計要求相符；（3）進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗，在進(jìn)行該實驗選點時要遵循地質(zhì)條件最差、施工質(zhì)量有懷疑、承載受力最大的原則，經(jīng)過設(shè)計單位、監(jiān)理單位以及勘查單位進(jìn)行綜合分析比較，最終確定出試驗點的位置，然后進(jìn)行雙樁復(fù)合載荷試驗；（4）在樓房施工過程和使用過程中進(jìn)行沉降觀測。施工至±0.00時設(shè)置沉降觀測點，以后每增加一層荷載觀測一次。樓房竣工后，按規(guī)范規(guī)定的條件進(jìn)行觀測，直至沉降達(dá)到穩(wěn)定。沉降觀測結(jié)果表明，無論是最終沉降量還是沉降差均滿足規(guī)范的規(guī)定。

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