海相軟土地區(qū)水泥攪拌樁設(shè)計研究

馬 寧

（濱州城投工程咨詢有限公司， 山東 濱州 256600）

1 工程地質(zhì)概況

該工程場區(qū)屬于海相沖擊及坡積準(zhǔn)平原地貌，屬海陸交互處，為粉砂淤泥質(zhì)海岸。場區(qū)內(nèi)自上而下土層分布為：①層粘土、②淤泥類土（②-1 淤泥夾粉細(xì)砂、②-2 淤泥、③黏土④強(qiáng)風(fēng)化泥巖。主要的物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)如下：①層黏土厚度0.5～1.9m，天然重度18.46kN/m3，壓縮模量3.63MPa，粘聚力18.5kPa，摩擦角6.8°；②-1 淤泥夾粉細(xì)砂厚度0.5～1.0m，天然重度17.11kN/m3，壓縮模量2.64MPa，粘聚力7.9kPa，摩擦角4.3°；②-2 淤泥厚度4.5～5.5m，天然重度16.35kN/m3，壓縮模量1.9MPa，粘聚力7.3kPa，摩擦角3.2°；③粘土厚度1.8～3.9m，天然重度19.32kN/m3，壓縮模量5.52MPa，粘聚力25.7kPa，摩擦角6.9°。

2 加固方案選擇

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中有規(guī)定：水泥土攪拌方法適用于以下幾種地基，包括正常固結(jié)的淤泥和淤泥質(zhì)土、素填土、粉質(zhì)土、飽和黃土、黏性土以及無流動自由地下水的飽和松散砂質(zhì)土等地基。當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?%(黃土含水量要小于25%)和大于70%或者地下水的pH 值小于4 時不適宜采用。特別是處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土等塑性指數(shù)Ip 大于25 的黏土、地下水具有腐蝕性時以及無工程經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，必須通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其可用性。

本項(xiàng)目地區(qū)海相軟土的天然含水率在39.5%～50.8%之間，pH 值為8.01，土層中基本以粘性土和淤泥質(zhì)亞粘土為主，天然地基承載力為70kPa 左右。因此采用水泥攪拌樁（干法）來進(jìn)行加固本項(xiàng)目地區(qū)海相軟土地基。

由《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定得知，水泥攪拌樁的長度應(yīng)該根據(jù)上部承載結(jié)構(gòu)對承載力和變形的具體要求來確定，并適當(dāng)穿過軟弱土層延伸至承載力相對較高的土層地區(qū)。采用濕法加固時，加固深度不宜大于20m，干法加固不宜大于15m，且水泥土攪拌樁的樁徑不宜小于500mm。根據(jù)該工程的勘察資料以及場區(qū)內(nèi)各場段地貌特征以及地層巖性特征，將水泥攪拌樁的長度初步設(shè)計為8.0m，樁徑為600mm。

3 置換率的確定

水泥攪拌樁面積置換率就是等于每根樁的斷面面積和每根樁所能承擔(dān)并處理的地基橫截面積的比值。所以如果樁間距越小則面積置換率就越大，因此改變面積置換率可以改變復(fù)合地基的復(fù)合模量，從而可以得出面積置換率越大，復(fù)合地基的最終沉降量就越小，但只是增大面積置換率則會直接導(dǎo)致工程造價過高。面積置換率m 的公式如下：

d—樁身的平均直徑；de—一根樁承擔(dān)地基面積的等效圓直徑。

按正方形布樁，樁間距1.5m，樁徑0.6m，因此面積置換率為12.56%。

4 水泥的摻入比

根據(jù)水泥攪拌樁的施工工藝和成樁特點(diǎn)，水泥攪拌樁是將水泥固化劑（漿體或粉末） 就地與軟土充分?jǐn)嚢瓒桑撬嗯c土的硬化體，與軟土不同，其是屬于有結(jié)構(gòu)的介質(zhì)材料。水泥土結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱與水泥的摻入比有關(guān)，水泥土的強(qiáng)度隨水泥摻入比增加而增大，且隨齡期增長而提高，而且當(dāng)水泥摻入比小于12%時，在相同水泥摻入比的情況下，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長，變化也不是很大，但是當(dāng)水泥摻入比大于12%時，水泥土的抗壓強(qiáng)度的增長速度隨著齡期的增長明顯比水泥摻入比小于12%時快很多。因此為了得到更好的水泥土抗壓強(qiáng)度，水泥的摻入比大于12%為宜。海相軟土天然含水率較高，在39.5%～50.8%之間。有研究表明，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著含水率的逐漸增大而減小，并且隨著含水率的不斷增大，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的衰減速度逐漸變快。同樣，由于海相軟土的土體中含有較多的鹽分，平均含鹽量為4.43%，因此含鹽量對水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響也是需要考慮的問題。有研究含鹽量對普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度影響時得出，在含鹽量超過3.5%時，對水泥土強(qiáng)度的影響起到抵制左右，否則相反。

通過對水泥固化劑的摻入比的分析，以及對工程施工經(jīng)濟(jì)合理的綜合考慮，可以選擇抗壓強(qiáng)度為32.5MPa 的高抗硫硅酸鹽水泥作為固化劑，并且摻入比應(yīng)不小于12%，因此可將水泥設(shè)計摻入量確定為62～75kg/m，即摻入比為12%～15%，室內(nèi)水泥土試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)2.5MPa。

5 施工工藝

水泥攪拌樁復(fù)合地基加固軟土地基的效果主要取決于施工質(zhì)量，對于一般的軟土地基，可以選擇一噴一攪，或者一噴兩攪等施工工藝就可以達(dá)到成樁要求，但是對于海相軟土，地基土天然含水率相對較高，滲透系數(shù)相對較小，不利于土與水泥灰的水化反應(yīng)，容易形成樁體周邊或樁體局部水泥漿富集和樁體中夾雜泥塊等現(xiàn)象，使樁體不連續(xù)，從而造成加固達(dá)不到預(yù)期的效果。因此為了水泥固化劑與地基軟土之間均勻充分的接觸，同時使水泥的水解水化反應(yīng)進(jìn)行的更加徹底，以達(dá)到較好成樁要求，從而得到較高的水泥土抗壓強(qiáng)度和復(fù)合地基承載力，故而本工程選用兩噴四攪的施工工藝，且使每根樁的正常成樁時間不得少于40min。

1、設(shè)計參數(shù)：（1）樁徑600mm；樁長8.0m；（2）置換率：12.56%；（3）固化劑：采用32.5﹟高抗硫硅酸鹽水泥；（4）水泥摻入量不少于75 kg/m，即摻入比為12%；（5）水泥攪拌樁提升速度≤1m/min；（6）樁芯28 天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)符合的要求即樁頂至2/3 樁長范圍內(nèi)不小于0.85MPa；2/3 樁長至樁尖范圍內(nèi)不小于0.65MPa。單樁豎向抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于170kN，5 根單樁復(fù)合地基承載值標(biāo)準(zhǔn)值不小于170kPa。

2、施工流程：場地平整→放線定位、樁位放樣→布置鉆機(jī)→預(yù)攪拌→正循環(huán)攪拌至設(shè)計深度→反循環(huán)提升鉆頭并噴粉→至工作面以下0～3m 深度→第二次攪拌下鉆至設(shè)計深度→反循環(huán)提鉆噴粉至地表→樁體成型。