水泥土搅拌桩复合地基在土木工程施工中的实践

胥陈浩

（延安大学，陕西 延安 716000）

水泥土搅拌桩复合地基在土木工程施工中的实践

胥陈浩

（延安大学，陕西 延安 716000）

水泥土搅拌桩复合地基是土木工程中一种比较常见的地基形式，能够提升基础的强度和稳定性，而且施工方便，对周边环境的污染和破坏小，受到了工程技术人员的广泛关注.本文从水泥土搅拌桩复合地基的内涵和特点出发，对其在土木工程施工中的实践进行了分析和讨论.

水泥土搅拌桩；复合地基；土木工程；实践

最近几年，我国的城市化进程不断加快，城市规模的迅速扩大以及城市布局的持续优化，使得土地资源进一步压缩，越来越多的建筑面临着复杂的场地条件，对于基础工程的施工提出了更加严格的要求.在土木工程施工中，应用水泥土搅拌桩复合地基，能够提升软弱基础的强度和稳定性，保障土木工程整体的质量和安全.

1 水泥土搅拌桩复合地基概述

1.1 水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩，是一种针对软弱土层进行加固的工艺技术，将水泥作为固化剂，通过搅拌设备，在地基深层对水泥和软土层进行强制搅拌，通过相应的物理化学反应，使得软土能够固结成具备较高强度和稳定性的优质基础.水泥土搅拌桩的加固激励，主要是利用了水泥与土层之间的物理化学反应，水泥的掺量相对较少，通常不会超过需要加固土体的15%，水泥本身与粘土的混合并不充分，粘土较大的比表面积以及活性会导致水泥土硬化速度缓慢，过程也较混凝土硬化更加复杂.通常来讲，在土木工程中，水泥土搅拌桩的加固机理包括了三个过程：一是水泥水解和水化，但是其对于水的需求较大，如果土层中含水量低，同时选择喷粉施工，会导致施工难度增大，水解反应和水化反应无法顺利实现，从而影响加固效果；二是碳酸化，在施工环节，水泥搅拌桩由于水泥与土壤的不充分混合，必然会存在土块和水泥块，在这种情况下，想要提升总体强度，需要做好充分搅拌，确保水泥能够均匀分布到土壤中；三是粘土颗粒与水泥水化物的反应，如离子交换反应、凝硬反应等，与水泥水化反应密切相关，要求土壤含水量适中[1].

1.2 复合地基

复合地基是着通过加固、置换等方式，对天然地基进行处理后形成的地基，包括了天然地基土体和增强体两部分，共同承受荷载作用.依照荷载传输机理，可以将复合地基分为水平向增强复合地基和竖向增强体复合地基两种类型，后者又可以细分为柔性桩复合地基、刚性桩复合地基以及散体材料桩复合地基三种.在土木工程施工中，比较常见的复合地基包括了高压喷射注浆桩、水泥土搅拌桩、振冲桩、水泥粉煤灰碎石桩等，需要工程技术人员根据施工区域的土质情况，合理进行选择.

2 水泥土搅拌桩复合地基在土木工程施工中的实践

以某公共建筑为例，该建筑分为地上6层和地下1层，整体呈矩形，采用混凝土框架结构.地质勘查结果显示，场地土层自上到下依次为人工填土、粉质粘土、粉土、淤泥质黏土等，土层的压缩系数大，承载能力严重不足.同时，场地地下水位埋深在1.11m-1.88m左右，属于孔隙潜水.

2.1 水泥土搅拌桩复合地基设计

2.1.1 抗压强度试验

为了确保水泥土搅拌桩负荷地基的合理应用，需要首先通过抗压强度试验，确定水泥的种类、掺入量、水灰比等参数，结合试验确定水泥土强度增长的基本规律，为后续设计工作奠定良好的基础条件[2].在试验环节，选择该工程施工现场的粉质粘土，依次产假12%、15%、18%的普通硅酸盐水泥，配置水泥土，对比其抗压强度，发现15%掺入量的水泥土在90d龄期的抗压强度最高，达到了2.5MPa，能够满足设计要求.

2.1.2 单桩承载力计算

依照现场地质勘查资料，水泥搅拌桩可以被放置在粘土层，这里将桩间土的承载力确定为80kPa，依照试验得到了水泥土强度增长规律，选择15%的水泥掺入量90d无侧限抗压强度取值为2.5MPa.通过查阅相关资料，得到桩周摩擦阻力均值为12kPa，a=0.5，依照公式进行计算，单桩承载力不能超过150kN，这里从稳定性考虑，选择较为保守的140kN.

2.1.3 复合地基承载力设计

竖向承载水泥土搅拌桩负荷地基本身的承载力可以通过单桩或多桩复合地基载荷试验确定，初步设计桩长为8m，桩径600mm，依照常用转换率0.2机型计算，最后得到复合地基设计承载力数值为180kPa[3].

2.1.4 桩长及布桩形式设计

对于水泥土搅拌桩而言，有效桩长指在竖向在和作用下，桩侧摩阻力沿桩长逐步减少，如果桩身长度和截面承载力足够，则上部桩侧摩阻力会达到极限，下部某个位置的侧摩阻力为零，则该深度即为水泥土搅拌桩的有效桩长.不过，在实际施工中，通常选择桩体强度为无限桩长刚度90%时的桩长，或者桩身轴力为荷载10%深度的近似长度作为有效桩长.在该工程中，设计桩长为8m，不过施工人员发现，部分区域粉质粘土层较厚，8m的桩长并不能确保桩底深入到坚硬的粘土层中，因此对部分水泥土搅拌桩的长度进行了重新设计，使得其达到了10m.

水泥土搅拌桩的布桩形式对于复合地基的强度和稳定性影响巨大，必须得到足够的重视.在该工程中，结合现场地质条件以及上部结构的荷载要求，从现有的工艺技术出发，选择柱状布桩形式[4].

2.2 水泥土搅拌桩复合地基施工

2.2.1 前期准备

水泥搅拌桩复合地基实际应用时间较短，无论是加固机理、设计理论又或者施工工艺都有待完善，加上不同地区地质土壤条件的差异，在实际施工前，需要做好必要的准备工作，以保证施工的顺利开展.一是图纸审核，对设计施工图纸进行全面细致的审核，确保图纸的合理性和可操作性，如果发现问题，需要督促设计单位及时进行整改，为施工提供有效的指导；二是现场清理，清除地面存在的杂物、石块等，为施工提供一个良好的场地条件；三是测量放线，对照施工图纸，明确所有水泥土搅拌桩的位置，做好标记，保证放线的准确性；四是技术交底，在施工前，必须有技术人员做好相应的技术交底工作，确保现场施工人员和管理人员都能够明确水泥搅拌桩复合地基施工的流程和技术要求，对于关键环节和容易出现问题的环节，更是应该重点强调，为施工的顺利进行提供良好的保障.

2.2.2 施工流程

一是桩机就位，在完成测量放线工作，确定水泥土搅拌桩的位置和布局后，需要将搅拌桩机运输到相应的位置，进行对中和调平操作，调平可以使用水准仪.调整结束后，需要对搅拌桩机进行固定，避免施工中出现振动或者位移的情况[5]；二是导向架调整，可以利用吊线锤或者经纬仪，对导向架的垂直度进行调整和控制，依照工程设计要求，导向架的垂直度不能超过1%桩长；三是浆液预拌，在深层搅拌机预搅拌下沉时，应该同步进行水泥浆液的预先拌制，在压浆前，将拌制好的水泥浆液放入集料斗中.在该工程中，选择425#普通硅酸盐水泥，依照配比设计，将水灰比控制为0.45，然后依照设计要求，确保水泥土搅拌桩的水泥用量不小于50kg/m；四是搅拌下沉，在所有工作确认无误后，可以启动深层搅拌机，等到搅拌头的转速达到正常标准，沿导向架引导钻杆下沉，下沉的过程中需要同步搅拌，并且通过档位对下沉速度进行调整，确保设备工作电流在额定值以内；五是搅拌提升，当搅拌头下沉到设计深度后，可以开启喷浆泵，利用管路将预先配置好的浆液传输到搅拌头出浆口，等到确认出浆后，启动搅拌桩机，收紧链条装置，依照设计环节计算得到了提升速度（0.7m/min），一边喷浆一边搅拌一边提升钻杆，确保水泥浆液可以和土体均匀混合；六是重复下沉，当搅拌钻头提升到桩顶上约400mm的高度时，可以关闭灰浆泵，重复搅拌下沉操作，下沉的速度需要控制在设计要求的数值范围内；七是重复提升，即对搅拌提升环节的重复，这里不再赘述.当水泥土搅拌桩施工完成后，需要将搅拌桩机移动到下一根桩位处，重复上述流程[6].

2.2.3 质量控制

首先，在正式施工前，需要做好必要的技术交底工作，确保现场施工人员和管理人员都能够明确水泥土搅拌桩的施工流程和质量要求，严格依照标准和规范进行施工操作；其次，需要设置多级质量管控体系，如施工人员自检、质量检测员复检、项目负责人终检等，切实保证每一道工序的施工质量；再次，应该做好设备和原材料的控制，确保搅拌桩机运行稳定，没有带病作业的情况，水泥的保存严格，避免受潮变质问题，水泥浆液严格依照设计配比进行配置，避免随意更改的情况；然后，在施工过程中，需要做好检查工作，对施工记录进行分析，对每一根水泥土搅拌桩的质量进行测定，如果发现不合格桩体，需要从实际情况出发，进行相应的补桩或者临桩加固作业；最后，在成桩后7d内，可以利用触探器，提取桩身加固土样，对其搅拌的均匀性进行分析，也可以结合轻型动力触探试验，对水泥土搅拌桩的均匀性和强度进行检验，如果桩身7d龄期强度超过天然土强度的1倍以上，则可以判定合格.检验可以采用抽样的方式，抽样数量不能小于已完成桩数量的2%[7].

2.2.4 安全管理

安全问题是工程施工中必须关注的核心问题之一.在土木工程水泥搅拌桩复合地基施工中，施工单位需要安排现场安全管理人员，做好施工现场和施工全过程的安全管理工作.一是用电安全，水泥搅拌桩施工中的许多设备都需要用电，必须重视对于用电安全的管理，避免私拉乱扯的现象，对临时线路进行统一规划，设置绝缘管和保护装置，避免触电风险；二是消防安全，需要设置相应的消防器材和消防水池，消除现场火灾隐患；三是人员安全，基础施工虽然不存在高空坠物风险，但是施工现场同样存在许多可能威胁施工人员人身安全的因素，如设备、泥浆池、已经开挖的桩孔等，需要设置安全警示标志，提醒现场作业人员.

3 结束语

总而言之，在土木工程施工中，经常会遇到软弱地基的情况，从保障工程稳定性和安全性的角度，需要做好软弱地基的加固处理.水泥土搅拌桩复合地基具有施工便捷、成本低廉、绿色环保等优势，将之应用到土木工程施工中，能够起到良好的地基加固效果.

〔1〕巩燕,李晶晶,葛飞,等.水泥搅拌桩负荷地基分析与应用[J].科技视界,2013(15):57.

〔2〕刘坚.水泥土搅拌桩复合地基在中小型水利工程的应用[D].华南理工大学,2011.

〔3〕王江.水泥土搅拌桩复合地基在某综合办公楼中的应用[J].山西建筑,2014,40(5):78-79.

〔4〕孙桐.浅析水泥土搅拌桩复合地基在土木工程的应用[J].科技致富向导,2012(9):317.

〔5〕肖青春.水泥土搅拌桩复合地基的分析[J].中国新技术新产品,2010(10):61.

〔6〕杨晓强.某工程水泥土搅拌桩复合地基设计及检测实践[J].山西建筑,2011,37(34):83-84.

〔7〕林伟.水泥土搅拌桩与CFG桩在复合地基中的应用[J].江西建材,2015(2):101.

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2017-09-20