夯實水泥土樁在處理軟弱地基中的應(yīng)用

惠振昊 李 艷 高仁川

(山東省交通工程監(jiān)理咨詢公司青島分公司，山東青島 266071)

1 概述

夯實水泥土樁是利用專門的成孔機械成孔，用夯實機械(夾板錘)將水泥土填料分層夯實，樁及樁間土共同作用組成復合地基，故稱之為夯實水泥土樁復合地基。成孔方法應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)，孔深、孔徑、施工機械等確定，分為機械成孔和人工成孔。人工成孔采用洛陽鏟結(jié)合成孔器完成，機械成孔采用卷揚機帶動的提升式重鏟。另外，按設(shè)計要求分為擠密樁和非擠密樁兩種。樁孔的夯填一般采用提升式夾板錘完成，填料虛鋪厚度150 mm～200 mm，夯擊3次～5次，或每填一锨料(樁內(nèi)虛厚度約50 mm)夯擊1次～3次。水泥土樁復合地基，具有開挖土方少，施工速度快，節(jié)約投資等優(yōu)點，且為干作業(yè)，受氣候影響小，在提高地基承載力，減少地基變形量方面有明顯的效果。本工程打樁4 361根，投資40萬元，加固地基總面積16 000 m2。夯實水泥土樁復合地基適用于填土、粘土、亞粘土等軟弱地基處理，一般要求所在地域的地下水位應(yīng)低于樁底標高。

2 工程實例

1)石家莊華潤購物廣場，建筑面積2.7萬m2，框架結(jié)構(gòu)2層，設(shè)計使用荷載大，基礎(chǔ)為混凝土獨立基礎(chǔ)，設(shè)計要求地基承載力大于200 kPa。水泥土樁施工圖設(shè)計為獨立基礎(chǔ)下群樁加固，總樁數(shù)6 136根。

2)根據(jù)地質(zhì)勘察報告，該地區(qū)地質(zhì)分布情況是:0 m～1 m深為回填土及耕植土，1 m～5 m深為粘土和亞粘土，承載力為90 kPa～110 kPa，土質(zhì)稍濕～濕，呈可塑～軟塑狀;5 m～15 m深為粉質(zhì)粘土，為中壓縮性土，土質(zhì)稍濕～濕，呈可塑～軟塑狀，分布均勻，承載力為110 kPa～140 kPa。該地區(qū)地下水位在－25 m，從地質(zhì)報告的土工實驗數(shù)據(jù)看，若利用粉質(zhì)粘土作為持力層，地耐力滿足不了設(shè)計要求，必須進行加固處理。

3)根據(jù)地質(zhì)報告及現(xiàn)場實際情況，設(shè)計采用在獨立基礎(chǔ)下的非擠密型夯實水泥土樁復合地基，樁徑350 mm，樁深6.5 m，樁間距600 mm～900 mm，加固處理的深度均在地下水位以上，土的含水率在16%～20%，超過者予以晾曬，不足者灑水濕潤。夯實水泥土樁配合比水泥∶土的體積比為1∶5，采用32.5級普通硅酸鹽水泥。樁體完成后，清理樁頭200 mm～300 mm的樁頂不實的部分;按照規(guī)范取總樁數(shù)的1%的樁進行檢測，其持力層地基承載力全部大于20 kPa，極大地改善了土的壓縮變形性能，完全滿足設(shè)計要求，經(jīng)檢測合格后，鋪設(shè)碎石褥墊層，厚200mm，然后正式做基礎(chǔ)。

3 水泥土的加固機理與特征

1)水泥土加固機理:水泥土的物理化學反應(yīng)過程與混凝土的硬化機理不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗細填充料中進行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度較快;在水泥加固土時，由于水泥的摻量少，水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)——土的圍繞下進行，所以硬化速度緩慢且作用復雜，因此，水泥加固土的強度增長過程比混凝土緩慢。水泥加固基本原理是水泥與土經(jīng)拌和后發(fā)生一系列的物理化學反應(yīng)而逐步硬化。

2)水泥土的特性:a.水泥土一般采用32.5級普硅水泥，水泥土的無側(cè)限強度比天然軟土大幾十倍至數(shù)百倍，其變形特征隨強度的不同而介入脆性與塑性之間，水泥摻入比為7%～15%時，表現(xiàn)為彈塑性，水泥摻入比為15%～20%時，表現(xiàn)為脆性。b.水泥摻入比是指水泥重量與被加固的軟土重量之比，一般情況不宜小于12%，本工程摻入比為20%。c.水泥土的強度隨齡期的增長而增加，一般在齡期超過28 d后，強度仍有明顯增加，該工程根據(jù)當?shù)氐臋z測經(jīng)驗，采用28 d的強度作為水泥土的標準強度是安全可靠的。

4 設(shè)計計算

1)設(shè)計依據(jù)包括施工圖、工程地質(zhì)報告、建筑場地條件，現(xiàn)場試樁的檢測數(shù)據(jù)、施工機械及施工經(jīng)驗等。

2)樁的布置及材料要求，樁的布置一般采用矩形排列，樁徑一般為300 mm～400 mm，樁長不小于3 m，樁尖進入持力層的深度不小于0.2 m。本工程樁徑采用350 mm，樁長采用6.5 m，樁尖進入持力層1.5 m，樁體材料配比一般為1∶5～1∶8，本工程采用1∶5，土的含水量16%～20%，以上數(shù)據(jù)均通過設(shè)計前的現(xiàn)場同條件實驗獲取。

3)水泥土樁復合地基的承載力應(yīng)通過成樁的復合地基載荷實驗確定，亦可按下式計算確定:

其中，fo為復合地基承載力;fp為單樁承載力標準值;fs為樁間土承載力標準值;β為樁土置換率;K1為樁的承載力發(fā)揮系數(shù)，一般取1.0;K2為樁間土的承載力發(fā)揮系數(shù)，由實驗確定，一般為0.8 ～1.0。

5 施工過程質(zhì)量控制

5.1 材料質(zhì)量控制

工程所用水泥必須具備合格證、檢驗報告，經(jīng)現(xiàn)場取樣復檢合格后方可使用。夯實水泥土樁所用土料有機質(zhì)含量應(yīng)不大于5%;土料粒徑應(yīng)不大于20 mm。含水量與最優(yōu)含水量比誤差為2%，最佳含水率以“手握成團、落地開花”為好。

5.2 夯實水泥土樁的質(zhì)量控制

1)為保證樁的位置正確，應(yīng)該從定位放線開始進行嚴格的控制，在樁位測量放線復驗檢查時，對樁位應(yīng)認真檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，樁的軸線位移控制在0.25D(D為樁徑)。

2)對樁徑控制是通過對孔徑檢查來完成，孔的局部縮徑偏差必須不大于20 mm，用鋼尺或?qū)Ｓ脵z查工具檢查，并作好記錄。

3)對樁長的控制是通過測量孔深來實現(xiàn)，要求孔深自褥墊層下(－2.30 m標高)不能小于設(shè)計規(guī)定的6.5 m，成孔后用鋼尺檢查，并作好記錄。

4)對樁體干密度質(zhì)量控制:夯實水泥土樁樁體質(zhì)量的抽查數(shù)量不少于樁體總數(shù)的2%，且不少于6根樁。

5)樁孔垂直度要求不大于1.5%，成孔過程中用吊線錘隨時檢查。

6)褥墊層夯實度允許偏差不大于0.9，用鋼尺測量。

5.3 機械設(shè)備選用

本工程設(shè)計為非擠土成孔，因此可選用機動洛陽鏟。

5.4 質(zhì)量控制措施

1)成孔施工中應(yīng)控制好樁孔位置、垂直度、樁徑、樁孔深度，使其符合下列要求:樁孔中心偏差不超過樁徑設(shè)計值，樁孔垂直度偏差不大于1.5%，樁孔直徑不小于設(shè)計樁徑，樁孔深度不應(yīng)小于設(shè)計深度，對以上各項檢查后作好記錄。

2)成孔后應(yīng)注意檢查孔底土質(zhì)的情況是否符合設(shè)計要求，如果出現(xiàn)軟弱土層，應(yīng)會同有關(guān)各方共同協(xié)商解決方案，采取有效的處理措施。

3)向孔內(nèi)填料前，孔底必須夯實，樁頂夯填高度應(yīng)大于設(shè)計樁頂標高200 mm～300 mm，墊層施工時應(yīng)將多余樁體鑿除，樁頂面應(yīng)水平。

4)夯填時應(yīng)按照如下施工流程:夯實孔底(最小3夯)→填料→夯實→填料→封頂→夯實。填料與落錘應(yīng)相互協(xié)調(diào)，有序進行?；靥钸^程中隨機檢查水泥土的配合比(水泥∶土體積比為1∶5)，抽查樁的夯實質(zhì)量，回填完成后，抽查樁數(shù)2%的樁(本工程共124根樁)，采用輕型圓錐動力觸探試驗檢測。

5)認真作好夯實水泥土樁施工記錄，并每天由專人復核簽字。

5.5 需要重點控制的工序及關(guān)鍵部位

1)審批夯實水泥土樁施工方案。審批水泥材料報驗單，按照現(xiàn)場見證取樣的規(guī)定，每200 t為一個檢驗批，取樣復試。

2)在施工過程中采用平行檢驗的方法，對成孔及打樁質(zhì)量進行檢查，對不符合規(guī)范要求的部位整改、返工，直到滿足要求。成孔后，如不能馬上夯填，要求加強對孔的保護。對成孔的質(zhì)量控制，施工、監(jiān)理進行檢查驗收，合格后方可進行夯填。

3)水泥土樁孔底必須夯實，夯實擊數(shù)不應(yīng)小于3擊。夯實填料時，每擊填料量不應(yīng)過多，否則影響樁體的密實性及均勻性。一般每擊填料控制松料厚度為5 cm，嚴禁超厚和突擊填料。夯填樁孔時，夯錘選用錘底為盤形，錘體直徑與樁孔直徑之比宜取0.7～0.8，錘體質(zhì)量應(yīng)大于120 kg，夯錘每次提升高度均不應(yīng)低于70 cm。水泥土拌和料應(yīng)在拌和后2 h內(nèi)用完。

5.6 質(zhì)量通病的預防措施以及冬期施工的質(zhì)量保證措施

1)樁孔局部縮徑。產(chǎn)生原因是:土質(zhì)不均勻，洛陽鏟局部滑移。處理方法是:用直徑比設(shè)計樁孔徑小20 mm的修正鏟進行刷孔，修正局部縮徑。

2)冬期施工控制措施:工程開工時，已進入冬期施工，必須采取相應(yīng)的冬期施工措施。作好原材料的保護措施:水泥應(yīng)防潮、防雪，同時合理安排工期，應(yīng)避免在溫度較低的夜晚施工，防止拌合土在施工過程中受凍。

3)保證機械架設(shè)穩(wěn)定，防止機械傾倒造成事故，同時有利于保證樁孔的垂直度。成孔后，如不能馬上夯填，應(yīng)加強對孔的覆蓋。

6 樁基檢測

1)夯實水泥土樁復合地基承載力檢驗應(yīng)采用單樁復合地基載荷試驗，試驗宜在成樁28 d后進行。靜載荷試驗點為總樁數(shù)的1%(本工程為62根樁)，委托有資質(zhì)的檢測單位，采用下地錨的方式代替堆載，提高檢測效率，降低費用。

2)正確選擇承壓板的面積，保證試驗準確，承壓板的面積必須與單樁所承擔的面積相等。載荷試驗場地應(yīng)采取措施，防止刮風、受凍、基坑浸水而影響試驗結(jié)果。

3)加荷分級為8級～12級，最大加荷壓力不小于設(shè)計要求壓力值的 2倍。每加一級荷載(p)，按 10 min，10 min，10 min，15 min，15 min讀記承壓板沉降量(s)，以后每隔半小時測讀一次沉降量。當每小時的沉降量小于0.1 mm時則認為已趨穩(wěn)定，即可加下一級荷載。

4)卸載可為加載級數(shù)的一半，等量進行，每卸一級，間隔半小時，讀記回彈量，待卸完全部荷載后，間隔3 h讀記總回彈量。

5)復合地基承載力特征值(fspk)的確定:a.當p—s曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對應(yīng)的比例極限的2倍時，可取比例極限;當其值小于對應(yīng)比例極限荷載值的2倍時，可取極限荷載的一半。b.當p—s曲線是平緩的光滑曲線時，可按相對變形值確定，取相對變形值所對應(yīng)的荷載。

7 驗收

1)及時聯(lián)系質(zhì)監(jiān)站對現(xiàn)場檢驗合格(施工技術(shù)資料、檢驗報告齊全)的夯實水泥土樁進行驗收。驗收后可以鋪設(shè)褥墊層。

2)夯實水泥土樁施工結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)施工單位提供的全部竣工資料和現(xiàn)場檢查情況，由甲方組織有關(guān)單位對工程進行驗收，驗收合格后，應(yīng)簽署工程驗收報告，作為施工轉(zhuǎn)序的證明。

3)竣工資料應(yīng)包括下列內(nèi)容:水泥出廠合格證及材料檢驗報告;定位放線記錄;經(jīng)監(jiān)理工程師簽認的施工記錄或原始技術(shù)資料;樁體質(zhì)量檢驗報告;設(shè)計變更通知書，事故處理記錄(未發(fā)生時，可無);地基處理竣工報告;符合地基承載力檢驗報告。

8 分析及設(shè)想

1)水泥土樁處理雜填土、素填土及粘土軟弱地基，使樁和被擠密的樁間土組成復合地基，承擔上部荷載，并按壓縮一致的原則，由壓縮性小的樁體承受大部分的荷載，樁間土承受一部分荷載，這樣既減輕了樁間土荷載，提高了地基的承載力，又減輕了建筑物的變形。對重要建筑，當采用水泥土樁復合地基時，應(yīng)先通過成樁實驗，確定設(shè)計與施工方案，并應(yīng)進行建筑物的沉降計算與沉降觀測。

2)通過工程實踐和檢測，水泥土樁復合地基承載力比處理前提高1倍，且減少沉降和不均勻沉降。特別對欠固結(jié)的松軟土層，更顯出特有的優(yōu)越性。該項技術(shù)具有施工簡便、振動小、噪聲低、無污染、技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理的優(yōu)點。

3)水泥土樁的適用范圍僅限于處理地下水位以上的軟弱土層，若遇到地下水位高，則需改用其他處理方法，這在某種程度上限制了該樁的發(fā)展。建議當遇地下水時，可采取地下水位以下用碎石樁或深層攪拌樁，地下水位以上用水泥土樁，二者結(jié)合使用，各自發(fā)揮其優(yōu)勢，采用碎石樁時，機械稍加改進即可，施工速度快，又比較經(jīng)濟，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］JGJ 106-2002，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.