浅析水泥土搅拌桩复合地基在软土地基处理中存在的问题及解决对策

翁铁均

摘 要：水泥土搅拌桩作为一种较为成熟的软土地基处理方法在国内外已得到了广泛应用。但现阶段的实际应用中尚存在着一些问题。本文根据实际应用现状，分析了在不同地质条件下该技术应用中存在的一些问题，提出了相应的解决方法与措施。

关键词：水泥土搅拌桩；复合地基；软土地基；地基处理

一、在软土地基处理中水泥土搅拌桩复合地基存在的问题

水泥土搅拌桩复合地基的设计与施工是一个比较复杂的工程技术课题，其工程技术效果往往与设计方案的科学性和施工工艺的正当性密切相关，这里就该项技术应用中常见的一些问题分析大致为以下几点：

（1）水泥土搅拌桩复合地基是区别于桩基础设计的地基处理方案，设计者往往在计算过程中侧重于对搅拌桩的单桩承载力计算，忽略了复合地基桩间土对地基承载力的贡献。实际桩间土的贡献度相当可观，忽略势必造成工程经济的浪费。

（2）水泥土搅拌桩桩身长度的控制不仅取决于复合地基承载力，也应考虑地基的变形。作者曾遇到过某项工程其复合地基承载力无论是理论计算还是检测结果均有足够的安全度，但该工程在实际使用过程中还是发生了过量的倾斜变形。分析结论是该工程设计搅拌桩桩身长度未考虑到场地土层条件桩端下地基土层的不均匀性与建筑荷载的不均匀性，其荷载偏大的部位桩端下软弱土层偏厚，荷载中心偏向压缩性能较差的地基部位，产生主体的偏斜无可厚非。

（3）复合地基的褥垫层设计是地基处理新旧规范区别的一大改进，是通过大量试验研究的一项成熟的理论与经验，其厚度控制与质量状况直接关系到桩与桩间土承载能力的有效发挥，工程中却往往忽略了此点，设计了不合理的垫层，影响了该项工程技术应用效果。

（4）水泥土搅拌桩开挖外观检测时，发现桩体成型不完整，水泥与土分离成千层饼状，甚至块状，桩体水泥与土没有充分拌和，无疑达不到设计要求的强度，影响工程质量。

二、水泥土搅拌桩复合地基在地基处理中问题的对策

2.1复合地基承载力计算

复合地基承载力计算应根据地基处理设计规范，先确定桩长，计算单桩承载力，再根据拟定的面积置换率，计算复合地基承载力，最终确定合理的基础受力面积，或者根据拟定的基础受力面积与合理的桩长，反算搅拌桩的面积置换率，最终确定水泥土桩的布置密度。在计算单桩与复合地基承载力的过程中，会遇到如桩侧土侧阻力，桩间土、桩端土折减系数的取值区间跨度较大的问题。作者认为，在有成熟的工程经验的地区可按经验参数结合场地条件确定；在没有可靠的工程经验的地区，应充分解读规范取值大小的原则，因范围值取值偏差对设计的结果影响很大，计算结论在实施施工前应通过检测验证，当计算与检测结果出入较大时，应分析取值的合理性，反推出合理的范围值取值，进行再设计。

2.2桩身长度的控制

水泥土搅拌桩桩身长度设计应在满足承载力需求的前提下，控制地基的变形。复合地基的变形主要由桩土复合体及其下卧土层的变形组成。桩土复合体的变形一般较均匀，范围值一般为1～3cm，其下卧土层的变形量因土层的性状而异，复合地基的变形控制应根据不同地质环境条件，与主体荷载条件控制桩身长度。在深厚软土条件下，一般变形较均匀，可通过适当加大桩长减小整体的变形量，当上部荷载不均匀时也可加大桩长减小变形量进而减小差异荷载引起的变形差。当软土层厚度有限时，一般设计桩长应以桩端进入下卧硬土层50cm为宜，当硬土层层面高差较大时，也应调配桩长满足要求，切忌设计部分浮桩的不均匀地基。

2.3褥垫层的设计控制

地基处理设计新规范强调了褥垫层设置的重要性，其质量控制直接关系到桩土能否协调受力，设计时应严格控制其厚度200～300mm，桩间土利用率较高时取范围值的高值，否则取低值。设计桩头控制嵌入垫层100～150mm，嵌入厚度不作垫层控制厚度计。垫层材料采用中、粗砂或级配砂石，级配砂石石料粒径不宜过大，控制在20cm以内，以减小桩的应力集中。褥垫层应予以密实处理，但不宜过密，否则，也会引起桩的应力集中，不利于桩土协调受力。复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。

2.4变掺量设计

国家行标《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），设计者往往将水泥土桩理解为桩基，因此要求其像刚性桩那样，在桩长范围内强度一致，而且桩强度越高越好。这是违反复合地基基本假定的。根据室内模型试验和水泥土桩的加固机理分析，其桩身轴向应力自上而下逐渐减少，其最大轴力位于桩顶3倍桩径范围以内。因此，水泥土桩单桩设计时，为节省固化剂材料和提高施工效率，设计时可采用变掺量的施工工艺。现有工程实践表明，这种变强度的设计方法能获得良好的技术经济效益。 桩身强度亦不宜太高。应使桩身有一定的变形量，这样才能促使桩间土强度的发挥。

水泥土搅拌桩的传力上部大于下部，因此对桩身强度要求上部好于下部，设计时可通过变掺量设计满足以上要求，可对全桩总掺量不变的前提下，调制桩体上下段的水泥掺入比，一般做法可对桩身上下三分之一段作10%～15%的增减调整。

2.5水泥土搅拌桩的成型质量

水泥土搅拌桩是一种工艺性较复杂的地基处理技术，其施工工艺的合理性直接关系到成桩质量，桩体成型不完整是质量的主要问题，一般缘由于桩土搅拌不充分，给料不均匀等因素，因此针对性的对策是：水泥土搅拌桩开钻前应用水清洗整个管道，并检查管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻；对每根桩质量控制重点是水泥用量，水泥压浆（灰）有无断续现象，喷浆（灰）的搅拌时间以及复搅次数可用二喷四搅工艺，第一次下钻为避免堵管可带浆（灰）下钻，喷料量应小于总量的1/2，严禁带水下钻，第一次下钻与提钻一律采用低档操作，复搅时可提高一档位，每根桩成桩时间不少于4s/m；第一次提钻时应在桩低停留30s左右磨桩端，余浆（灰）上体过程中全部喷入桩体，在桩顶部位应进行磨桩头，停时30s；变掺量设计时在上部1/3段再进行一次喷浆（灰）操作；施工时严格控制喷浆（灰）速率与停浆（灰）时间，每根桩开钻后应连续作业，不得中断，无法避免时应进行补浆（灰）；为增加水泥与土的拌和均匀性，应再进行一次上下钻复搅作业，注意搅拌时应慢速均匀。

结束语

以上分析了水泥土搅拌桩复合地基在软土地基处理技术应用中存在的主要问题，并探讨了解决方法，实际施工中一般要加以综合应用，如果认真对待，并采取一定的措施，精心设计、施工、检测、反馈设计等，可避免产生水泥土搅拌桩复合地基处理的一般性质量问题，取得良好的实际工程建设的优化效果。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]中兵勘察设计研究院等.工程地质手册（第4版）.中国建筑工程出版社，2007.

[4] 冶金建筑研究总院等.地基处理手册（第2版）.中国建筑工程出版社，2001.