水泥土搅拌桩在地基加固工程中的应用

成　琪

(晋城市建筑设计院，山西 晋城　048000)



水泥土搅拌桩在地基加固工程中的应用

成琪

(晋城市建筑设计院，山西 晋城048000)

分析了水泥土搅拌桩复合地基的加固原理，探讨了土体的质量、水泥及外掺剂对桩体质量的影响，通过复合地基计算、地基变形计算两方面介绍了水泥土搅拌桩在地基加固工程中的应用，总结了水泥土搅拌桩的应用特点。

水泥土搅拌桩，复合地基，地基承载力

1　水泥土搅拌桩复合地基加固原理

水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂，采用特制的深层施工搅拌机械钻入基础以下被加固软土的预定深度时，施工机械开始压入水泥或水泥浆，经过钻头叶片旋转，使水泥或水泥浆与地基软土充分搅拌均匀，同时缓慢提升钻头形成柱状加强体。水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等经水化、水解反应生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙等化合物，泥土中含有大量的二氧化硅、三氧化二铝与水泥水化生成的氢氧化钙发生离子交换反应形成水化硅酸钙、水化铝酸钙，这些化合物凝结硬化后使软土形成整体性强、水位定性好、密度明显增大且具有一定强度的圆柱桩体。水泥土搅拌桩属于柔性桩，单桩承载力受桩身强度限制，最高单桩承载力特征值不应超过桩身抗压强度的0.20倍～0.25倍。

水泥土搅拌桩复合地基是由水泥土搅拌桩、桩间土、褥垫层和基础一起共同工作，水泥土搅拌桩复合地基的形成关键就在于设置褥垫层，褥垫层是由粒状材料组成的散体垫层，基础下设置褥垫层后，在竖向荷载作用下，桩和桩间土发生竖向沉降变形，由于水泥土搅拌桩的变形模量比土的变形模量大得多，水泥土搅拌桩的变形比桩间土竖向沉降变形小，但是水泥土搅拌桩顶应力比桩间土表面应力大。水泥土搅拌桩端选择承载力相对较高的持力层，水泥土搅拌桩将会产生向上刺入变形，在这一变形过程中褥垫层材料不断调整充填至桩间土，保证水泥土搅拌桩与桩间土在任何时候均为同时受力，水泥土搅拌桩可将承受的荷载向较深的土层中传递，桩间土压缩变形对水泥土搅拌桩产生负摩阻力，桩间土将荷载通过负摩阻力传递至桩身，由于负摩阻力的存在桩间土的承载力可提高，减少复合地基土层的竖向沉降变形。

2　影响桩体质量的因素

2.1土体的质量

泥炭土、有机物含量大于5%和pH值小于4的酸性土不利于水泥与土颗粒的化学反应，可能发生不凝固或后期崩解，影响桩身后期强度增长。土层的天然含水量不大于30%时，水泥不能充分进行水化反应影响桩身强度。黏土塑性指数Ip>25时，搅拌头上形成泥团，随搅拌头转动，搅拌不均匀影响桩身强度。

2.2水泥及外掺剂

水泥强度等级提高水泥土强度越高；水泥掺入量加大，水泥土强度提高；不同的外掺剂对水泥土强度提高影响各有不同。

3　地质概况

工程地质概况：本工程为高平市锦泽苑小区，地上6层,地下1层，砖混结构，本场区属于河流冲积平原地貌单元，主要地层岩性及物理力学指标如下：第①层素填土平均厚0.95 m，主要以耕土为主，含少量煤屑、砖屑。第②层粗砂平均厚2.69 m，砂岩颗粒为主，级配差,地基承载力特征值fak=150 kPa，桩周极限侧阻力标准值qs=60 kPa，压缩模量为7 MPa。第③层淤泥质粉质粘土平均厚10.32 m，灰黑色，软塑～流塑，地基承载力特征值fak=100 kPa，桩周极限侧阻力标准值qs=24 kPa,压缩模量3.5 MPa。第④层粉质粘土平均厚5.15 m，灰黄～褐黄，可塑～软塑，地基承载力特征值fak=130 kPa，桩周极限侧阻力标准值qs=40 kPa,压缩模量为4.5 MPa。第⑤层角砾平均厚2.39 m，稍密～中密，地基承载力特征值fak=170 kPa，桩周极限侧阻力标准值qs=80 kPa,压缩模量为10 MPa。第⑥层碎石平均厚2.42 m，稍密～中密，地基承载力特征值fak=190 kPa，桩周极限侧阻力标准值qs=80 kPa,压缩模量为12 MPa。

4　设计计算

本工程地下水位为现状地坪以下2 m,基础持力层选第②层粗砂层，基础采用筏板，基底压力为120 kPa,粗砂层承载力满足，下卧层第③层淤泥质粉质粘土层承载力不满足，总地基变形不满足需进行地基处理。场地北面为居民区应减小振动及噪声污染，综合考虑造价和噪声等影响，采用水泥土搅拌桩进行地基处理。根据《地质报告》中土层分布选第④层粉质粘土层作为桩端持力层，按照《建筑地基处理技术规范》中第7.1.5-2，7.1.5-3，7.1.6-1和7.3.3公式进行复合地基计算。

fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk

(7.1.5-2)

(7.1.5-3)

fcu≥4λRa/Ap

(7.1.6-1)

Ra=ηfcuAp

(7.3.3)

公式中各符号的意义参考《建筑地基处理技术规范》。

基础采用筏板正方形布桩，桩径选500 mm，桩距1 500 mm，预估桩长13 m，室内配比试验水泥土强度fcu=6 MPa,褥垫层采用碎石垫层,褥垫层厚度200厚,上述参数及地质报告中土层承载力特征值代入上述公式中计算，第②层粗砂层处理后fspk=220 kPa，下卧层第③层淤泥质粉质粘土处理后fspk=190 kPa，满足设计要求。

5　地基变形设计

水泥土搅拌桩复合地基的沉降变形为褥垫层的压缩变形，加固范围的土层沉降变形和桩端以下土层的沉降变形之和。褥垫层的变形量很小，可以忽略不计，水泥土搅拌桩复合地基的沉降变形量按《建筑地基基础设计规范》中第5.3.5条公式计算。

公式中各符号的意义参考《建筑地基处理技术规范》，经验算基础平均沉降量为150 mm，满足规范要求。

6　结语

水泥土搅拌桩复合地基是由水泥土搅拌桩、桩间土、褥垫层和基础一起共同工作，形成整体受力，变形协调的共同体。由于水泥土搅拌桩桩身强度低，对地基承载力提高有限，更适用于软土地区的多层结构。水泥土搅拌桩同时还具有施工方法简单，机械化程度高，施工速度快，经济效益显著等特点。

[1]GB 50007—2011，建筑地基基础规范[S].

[2]JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

On application of cement mixing piles in foundation consolidation projects

Cheng Qi

(JinchengArchitecturalDesignInstitute,Jincheng048000,China)

The paper analyzes the consolidation principle for the composite foundation of cement mixing piles, explores the influence of earthwork quality, cement and addictive agents on the quality of piles, introduces the application of the piles in the foundation consolidation projects from the calculation of composite foundation and foundation deformation calculation, and sums up the application features of the cement mixing pile.

cement mixing pile, composite foundation, foundation loading capacity

1009-6825(2016)08-0103-02

2016-01-10

成琪(1979- )，男，工程师

TU472.36

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