水泥土攪拌樁基本性質(zhì)及應(yīng)用

藺少松

（中國中輕國際工程有限公司，北京100026）

水泥土攪拌樁基本性質(zhì)及應(yīng)用

藺少松

（中國中輕國際工程有限公司，北京100026）

水泥土攪拌樁設(shè)計原理是利用水泥(或其他類似材料,如石灰)作為固化劑,通過特制攪拌機械,在一定深度范圍內(nèi)地基土與水泥等固化劑強行攪拌,固化后形成具有抗?jié)B止水性和一定強度的水泥土樁,并與樁周土體共同承擔(dān)上部荷載。論文闡述了水泥土攪拌樁在實際工程中的應(yīng)用，通過設(shè)計、計算以及現(xiàn)場試驗結(jié)果分析，驗證了攪拌樁設(shè)計的合理可行性。

攪拌樁；置換率；復(fù)合地基

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.016

1 水泥攪拌樁地基處理方法在工程中的應(yīng)用

1.1 工程概況

某車間長度為130m，寬度為60m，高度為15.5～24.6m，共3層。該車間采用框排架結(jié)構(gòu)，其中5m及9m平臺采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，10m以上為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，屋頂采用兩連跨30m梯形鋼屋架和雙層彩鋼板屋面。

巖土工程勘察報告中土層分布如下：

第1層粉質(zhì)黏土填土層厚度約為層厚0.20～8.50m，疏松，結(jié)構(gòu)均一性差，工程地質(zhì)條件差，不宜作為擬建建筑物天然地基持力層；地基土承載力特征值（fak）為100kPa，壓縮模量平均值3.0 MPa；側(cè)阻力特征值（qsi）10kPa，建議采用深層攪拌樁進行地基處理。

第2層粉質(zhì)黏土填土層,厚度約為層厚0.20～8.50m，強度較高，中等壓縮性，是樁基礎(chǔ)良好樁端持力層；地基土承載力特征值（fak）為200kPa，壓縮模量平均值7.3 MPa；側(cè)阻力特征值（qsi）14kPa，樁端地基土承載力特征值（qp）200 kPa,建議采用深層攪拌樁進行地基處理。

1.2 水泥土攪拌樁承載力確定

車間5m及9m平臺樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值均為20kN/m2。屋面不上人。經(jīng)整體建模計算后底跨部分柱底軸力為2500kN，高跨部分柱底軸力為4100kN。

根據(jù)工程上部計算柱底內(nèi)力，初步確定地基處理后承載力特征值為160～180kPa；根據(jù)要求達到的地基承載力，應(yīng)按公式先計算面積置換率m，再推算出樁間距。

1.2.1 地基承載力特征值為160kPa

樁徑600mm，截面面積Ap=0.282m2，樁周長L=1.88m，樁長li=3.9m（樁體進入第一層土3.4m，第二層土0.5m），抗壓強度平均值fcu=2.0MPa（實驗室提供現(xiàn)場取土試驗后提供結(jié)果）。

單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

Ra=ηfcuAp[1]=0.3×2000×0.282=169.3kPa（樁身材料強度控制）Ra=UpΣqsili+αqpAp[1]（樁周土和樁端土抗力提供）

=1.88×（10×3.4+14×0.5）+0.45×200×0.282=102.46kPa樁身材料強度所控制的承載力值大于樁周土和樁端土所提供的承載力值，滿足要求。復(fù)合地基承載力特征值：fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk[1]

160 =m×102.46/0.282+0.8×(1-m)×100；m=0.282

面積置換率：m=d2/de2[1]=0.62/de2=0.282；de=1.13矩形布置de=1.13S[1]；間距S=1m

式中，η為樁身強度折減系數(shù)，取0.3；Up為樁的周長，m；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa；li為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa；α為樁端天然地基土的折減系數(shù)，可取0.4～0.6,承載力高時取低值；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa,無試驗資料時可取天然地基承載力特征值；d為樁身平均直徑，m；de為根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，m；m為面積置換率。

1.2.2 地基承載力特征值為180kPa

樁徑600mm，截面面積Ap=0.282m2，樁周長L=1.88m，樁長li=5.0m，抗壓強度平均值=2.0MPa，樁長li=5.0m（樁體進入第一層土4.5m，第二層土0.5m）。

Ra=ηfcuAp[1]=0.3×2000×0.282=169.3kPa Ra=UpΣqsilpi+αpqpAp[1]

=1.88×（10×4.5+14×0.5）+0.45×200×0.282=123.14kPa樁身材料強度所控制的承載力值大于樁周土和樁端土所提供的承載力值，滿足要求。

fspk=m·Ra/Ap+β·(1-m)fsk[1]

180 =m×123.14/0.282+0.8×(1-m)×100；m=0.282

m=d2/de2[1]=0.62/de2=0.282；de=1.13

de=1.13S[1]；間距S=1m

設(shè)計過程中配置樁徑600mm，700mm兩種直徑，通過調(diào)整樁長度和間距，在不同的位置要求達到不同的承載力，計算過程同上，不一一列舉。

2 水泥攪拌樁單樁及復(fù)合地基載荷試驗報告結(jié)論

1#樁（位于高跨部分）：樁長4.2m，樁徑600mm，間距1.0m，置換率0.282，設(shè)計要求地基承載力特征值為180kPa；最大試驗荷載405kPa，最大沉降量63mm，最大回彈量5.03mm，回彈率7.88%，s/b=0.006對應(yīng)的荷載值182kPa（s為載荷試驗承壓板的沉降量；b為承壓板寬度），地基承載力特征值為182kPa。載荷試驗點計算后的變形模量22.13MPa。

2#樁（位于煙囪位置）：樁長3.45m，樁徑700mm，間距1.0m，置換率0.384，設(shè)計要求地基承載力特征值為160kPa；最大試驗荷載360kPa，最大沉降量62mm，最大回彈量5.38mm，回彈率8.58%，s/b=0.006對應(yīng)的荷載值171kPa，地基承載力特征值為171kPa。載荷試驗點計算后的變形模量20.80 MPa。

3#樁（位于高跨部分）：樁長4.65m，樁徑700mm，間距0.9m，置換率0.474，設(shè)計要求地基承載力特征值為160kPa；最大試驗荷載407kPa，最大沉降量61mm，最大回彈量5.05mm，回彈率7.88%，s/b=0.006對應(yīng)的荷載值174kPa，地基承載力特征值為174kPa。載荷試驗點計算后的變形模量21.16MPa。

3 水泥攪拌樁在工程設(shè)計應(yīng)用中的注意事項

1）攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高的粘性土等地基。

2）深層攪拌設(shè)計前必須進行室內(nèi)加固試驗，針對現(xiàn)場地基土的性質(zhì)，選擇合適的固化劑及外摻劑，為設(shè)計提供各種配比的強度參數(shù)[2]。加固土強度標(biāo)準(zhǔn)值宜取90d齡期試塊的無側(cè)限抗壓強度。

3）在水泥土強度在2.0MPa時，樁長越短，樁周土提供的單樁承載力特征值越小，此時復(fù)合地基承載力受水泥土強度控制，需要加大置換率，縮小間距來滿足要求，不一定經(jīng)濟合理。

4）當(dāng)設(shè)計需要較高的復(fù)合地基承載力時，建議適當(dāng)增加樁長、樁徑來解決，樁側(cè)和樁端阻力發(fā)揮到最大，以達到經(jīng)濟合理的效果。

5）國產(chǎn)攪拌機械設(shè)備工作壓力小[2]，限制了攪拌樁的施工質(zhì)量，設(shè)計中樁的長度不宜超過10m。

6）在基礎(chǔ)設(shè)計沉降計算中應(yīng)注意，土層的深度和壓縮模量都應(yīng)按處理后的土層厚度輸入，變形模量需實驗室提供的攪拌樁壓縮模量及樁間土的壓縮模量按置換率計算得出。計算結(jié)果應(yīng)與實際試驗結(jié)果進行比較，相差較大時應(yīng)調(diào)整樁長，并選擇較好的樁端土層。

7）在基礎(chǔ)與樁頂間設(shè)置300mm厚的砂石墊層，充分調(diào)動樁間土的承載力，同時避免樁頭破損。利用墊層的擴散作用，加大軟土的受力面積，可將攪拌樁布置在基礎(chǔ)以外，但超出范圍不宜大于樁徑。

4 結(jié)語

水泥土攪拌樁最大限度地利用了原土，加固后土體的重度基本不變，不會產(chǎn)生附加沉降；本文結(jié)合工程實例，對水泥土攪拌樁進行了合理的確定,計算結(jié)果和實際工程建設(shè)驗證了攪拌樁設(shè)計的合理性和可行性,實現(xiàn)了較好的社會經(jīng)濟效益。

【1】龔肖南.地基處理手冊（第三版）[K].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

【2】JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Basic Properties and Application of Cement-soil Mixing Pile

LIN Shao-song
(ChinaLightIndustryInternationalEngineeringCo.Ltd.,Beijing100026,China)

Thedesignprincipleofthecement-soilmixingpileisasfollows.Cement(orothersimilarmaterials,suchaslime)isusedascuring agent.Cementsuchasfoundationsoilandcuringagentsaremixedforciblyinsomedepththroughspecialmixingmachines,andthecement-soil pile with impermeability and certain intensity is formed after solidification,which will bear the upper load with the soil around.This paper expoundstheapplicationofthecement-soilmixingpileinactualprojects.Throughdesignandcalculation,andtheanalysisofthefieldtestresults, thereasonablefeasibilityofthemixingpileisproved.

mixingpile;replacementratio;compositefoundation

TU472.3

A

1007-9467（2016）10-0036-02

2016-09-28

藺少松（1980～），男，河北承德人，工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計研究。