簡(jiǎn)述夯實(shí)水泥土樁在某污水廠工程中的應(yīng)用

張高森

摘要 ：本文以某污水廠工程為例，介紹一下夯實(shí)水泥土樁在工程實(shí)際中的應(yīng)用，該場(chǎng)地地表之下為濕陷性黃土狀土，經(jīng)勘查計(jì)算，需要對(duì)該地基進(jìn)行處理，提高承載力，消除不均勻沉降。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的具體分析，以及對(duì)以往濕陷性黃土場(chǎng)地所用的地基處理方案，進(jìn)行對(duì)比優(yōu)選，決定采用夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基體系。本文詳細(xì)的介紹了該水泥土樁在工程實(shí)例中的設(shè)計(jì)過程。

關(guān)鍵詞 ：夯實(shí)水泥土樁 樁基 地基處理

該工程場(chǎng)地原為耕地，在地貌上屬于太行山山前沖洪積平原，地形平坦。本次勘察查明在鉆探所達(dá)53.0米深度范圍內(nèi)，除表層填土之外，主要地層均為第四紀(jì)沖洪積成因形成的粘性土、粉土和砂類土。根據(jù)其巖性和物理力學(xué)性質(zhì)自上而下分為13個(gè)工程地質(zhì)層。②③④及⑤層具有濕陷性，濕陷系數(shù)在0.000至0.059之間，具不均勻濕陷性?？辈靾?chǎng)地位于構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定地坪，無(wú)新構(gòu)造活動(dòng)跡象，本次勘察未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)作用。靜止水位深埋在35.80至36.00米，標(biāo)高為31.40至31.55米，水取樣化驗(yàn)分析，地下水對(duì)砼無(wú)腐蝕性。

根據(jù)濕陷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自①層素填土底面開始計(jì)算自重濕陷量。依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）該場(chǎng)地為非自重濕陷性場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為一級(jí)（輕微）。分析數(shù)據(jù)可看出構(gòu)筑物初沉池和生物池場(chǎng)地需要考慮地基濕陷性，需要進(jìn)行地基處理。需要提高的地基承載力值不大，主要減小地基的不均勻沉降，建議采用夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基方案，以⑦層粉質(zhì)土為樁端持力層。

夯實(shí)水泥復(fù)合地基，具有提高地基承載力（50%-100%）通常復(fù)合地基承載力可達(dá)180～300kPa。降低壓縮性，材料易于解決，施工機(jī)具設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，施工方便，工效高，地處理費(fèi)用低。夯實(shí)水泥土樁通過兩方面作用使地基強(qiáng)度提高：一是成樁夯實(shí)過程中擠密樁間土，使樁周土強(qiáng)度有一定程度提高；二是水泥土本身夯實(shí)成樁，且水泥與土混合后可產(chǎn)生離子交換等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使樁體本身有較高強(qiáng)度，具水硬性。處理后的復(fù)合地基強(qiáng)度和抗變形能力有明顯提高。目前該項(xiàng)技術(shù)已在北京、河北等地大量工程中應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，夯實(shí)水泥土樁混合料采用水泥和土，造價(jià)低廉，節(jié)省了大量建筑資金。較其它處理方法（素砼樁等）節(jié)省費(fèi)用50%以上。由于夯實(shí)水泥土的強(qiáng)度等級(jí)一般小于等于C5，因此處理的深度應(yīng)加以限制。當(dāng)采用洛陽(yáng)鏟成孔時(shí)，宜小于6m，當(dāng)處理深度大于6m時(shí)，此時(shí)由于施工工藝所限，效率太低，因此不宜采用。

夯實(shí)水泥土樁的設(shè)計(jì)方案：

設(shè)計(jì)需處理的基礎(chǔ)持力層為第⑤層黃土狀粉土（地基承載力特征值fak為140KPa）以及下臥層⑥層粉土（地基承載力特征值fak為110KPa），不能滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行處理。設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基經(jīng)處理后承載力特征值≥150kPa（200kPa）。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告和設(shè)計(jì)要求，樁端穿過⑤層黃土狀粉土進(jìn)入⑦層粉質(zhì)粘土層，樁頂標(biāo)高61.00m，第⑥層粉土底標(biāo)高最低處為56.61m，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)采用綜合方法，有效樁長(zhǎng)取5.00m（褥墊層厚度按0.15米考慮），施工樁長(zhǎng)為5.15m，基礎(chǔ)底標(biāo)高60.35m處有效樁長(zhǎng)取4.5m，施工樁長(zhǎng)為4.65m，樁端進(jìn)⑦層粉質(zhì)粘土層。

夯實(shí)水泥土樁的參數(shù)選取：

樁徑：d=350mm；

樁長(zhǎng)：有效樁長(zhǎng)5.00m（4.50m），保護(hù)樁長(zhǎng)為0.15m，施工樁長(zhǎng)5.15米（4.65米）；

布樁形式：根據(jù)基礎(chǔ)形狀矩形布樁；局部根據(jù)基礎(chǔ)尺寸進(jìn)行調(diào)整；

樁體材料采用1：7水泥土料，水泥為P.S 32.5硅酸鹽水泥，土料過10-20mm篩，或用機(jī)械粉碎。

褥墊層：在水泥土樁樁頂與基礎(chǔ)砼墊層間設(shè)置150mm厚中粗砂或碎石褥墊層，褥墊層鋪設(shè)夯填度應(yīng)滿足規(guī)范要求，其作用是保證樁、土共同工作，減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中，削減地震等水平荷載影響。

夯實(shí)水泥土樁施工工藝采用：“機(jī)械成孔、機(jī)械夯實(shí)”。

夯實(shí)水泥土樁的計(jì)算參數(shù)：

設(shè)計(jì)樁徑d=350mm，樁長(zhǎng)：有效樁長(zhǎng)5.0m（4.50m），保護(hù)樁長(zhǎng)為0.15m， 樁頂⑤層黃土狀粉土承載力特征值fak=140kPa，⑥層粉土承載力特征fak=110kPa，樁周土側(cè)阻力特征值分別為⑤層19.5kPa、⑥層16.0kPa和⑦層22kPa，樁端土層的端阻力特征值為320kPa。

夯實(shí)水泥土樁的設(shè)計(jì)計(jì)算公式：

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002 ），復(fù)合地基承載力計(jì)算公式為：

fspk=m·Ra/Ap+β·（1-m）·fsk

Ra=α·Qp·Ap+Up·∑Qsi·Li

式中：fspk--復(fù)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—樁身截面積，0.0962m？

β—樁間土承載力折減系數(shù)，取0.9

fsk—處理后樁間土承載力特征值，取⑥層粉土天然地基承載力特征值110kPa

Qp—樁端阻力特征值（kPa）

Up—樁身周長(zhǎng)（m）

Qsi—樁周第i層土的側(cè)阻力特征值（kPa）

li—第i層土的厚度（m）

設(shè)計(jì)計(jì)算：

①單樁豎向承載力特征值確定（單樁承載力特征值實(shí)取91KN）

②置換率計(jì)算

③樁距s確定（實(shí)際布樁時(shí)，在滿足置換率要求且布樁整體均勻的前提下，根據(jù)礎(chǔ)平面圖基礎(chǔ)特點(diǎn)來確定布樁形式）

④復(fù)合地基承載力驗(yàn)算

⑤樁數(shù)確定

⑥單樁豎向承載力特征值驗(yàn)算

⑦下臥層驗(yàn)算

在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)注意的幾點(diǎn)：樁多采用條基（單排或雙排）或滿堂布置，樁體間距0.75-1.0米，排距0.65-1.0米。水泥土樁在基礎(chǔ)邊線內(nèi)布樁，必要時(shí)也可在基礎(chǔ)外設(shè)置護(hù)樁，基礎(chǔ)邊線至樁中心的最小距離小于1.0D，但同時(shí)也不宜大于1.5D；水泥土樁樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況、工程要求將樁端選在較好的持力層，樁端進(jìn)入持力層應(yīng)不小于1-2倍樁徑，樁長(zhǎng)最長(zhǎng)不宜超過10.0米；夯實(shí)水泥土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為28d齡期試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，夯實(shí)水泥土樁水泥土混合料配合比的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程對(duì)樁體強(qiáng)度的要求、土料性質(zhì)、水泥品種標(biāo)號(hào)確定，一般取取水泥與土的體積比1：5～1：8；在基底下宜鋪100～300毫米的褥墊層，當(dāng)樁體承擔(dān)較多荷載時(shí)，褥墊層厚度取小值，反之取大值。褥墊層材料可采用中砂、粗砂、碎石或級(jí)配砂石；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)建筑物、地質(zhì)條件復(fù)雜的場(chǎng)地、在同一場(chǎng)地內(nèi)地基處理面積較大或缺乏經(jīng)驗(yàn)時(shí)，復(fù)合地基承載力特征值按現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定；機(jī)具設(shè)備以及材料要求，成孔機(jī)具采用洛陽(yáng)鏟或螺旋鉆機(jī)；或震動(dòng)打套管成孔。夯實(shí)機(jī)具用偏心輪夾桿式夯實(shí)機(jī)，或吊錘夯實(shí)機(jī)。夯錘重量不小于60千克，錘徑不大于270毫米，落距不小于700毫米。水泥用強(qiáng)度等級(jí)32.5的普通硅酸鹽水泥，要求新鮮無(wú)塊結(jié)，土料應(yīng)用不含垃圾雜物，有機(jī)質(zhì)含量不大于8%的基坑挖出的粘性土，破碎并過20毫米的孔篩或粉碎機(jī)粉碎。