夯实水泥土桩复合地基在工程中的应用

龚砚芬

（安阳工学院土木与建筑工程学院，河南 安阳 455000）

0 引言

近些年来，复合地基在我国北方得到越来越广泛的应用。夯实水泥土桩复合地基就是其中之一，它是利用人工或机械成孔，然后分层向孔内回填材料并强力夯实，充分发挥水泥土桩与被挤密的桩间土相互作用，共同承担上部结构传来的荷载，从而达到对天然地基加固处理的一种有效方法。

到目前为止，国内外有很多学者对其理论及在工程中的应用进行了分析。惠振昊、李艳等[1]作者对夯实水泥土桩复合地基在软弱地基中进行加固处理进行了研究，并阐述了水泥土桩的设计计算和质量控制措施，指出了其具有的优点特性。崔春霞、李守国等[2]作者介绍了夯实水泥土桩复合地基的设计原理和施工工艺，并重点分析了通过静荷载实验确定出的参数值来验证其设计的准确度。还有很多学者结合工程实例，对夯实水泥土桩复合地基的设计及施工进行了全面的分析和探讨，总结了施工过程中有可能存在的问题及施工措施以及一些注意事项。[3-5]

本文将结合工程实例，对夯实水泥土桩复合地基的设计及施工做进一步探讨。

1 工程实例分析

某商住小区3#楼为框架结构，地下水位在-22m，根据上部结构荷载设计值要求，地基承载力特征值不小于180kPa。工程6#探测孔的地质条件见表1。

由地质报告数据上看，若采用粉质黏土层作为持力层，地基承载力满足不了设计要求，必须进行加固处理。

复合地基一般分为水泥土搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、砂桩地基、振冲桩复合地基、土和灰土挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基及夯实水泥土桩复合地基。依据该场地的《岩土工程勘察报告》及地基处理意见，该工程拟采用夯实水泥土桩对该场地上部土层进行加固处理，处理后桩顶至设计标高统一做200mm厚碎石垫层与下部水泥土桩形成复合地基，其承载力fsp,k不小于180kPa。

表1 各土层物理指标性质

1.1 水泥土桩复合地基设计

1）确定桩身尺寸

工程采用机械洛阳铲成孔，成孔深度为6.2m，有效桩长6.0m，桩径为Φ350mm。

2）确定单桩竖向承载力特征值

根据《建筑桩基技术规范》，单桩竖向承载力特征值计算公式为[6]：

式中，qpa、qsia分别为桩端端阻力、桩侧阻力特征值；Ap为桩底横截面面积；up为桩身周边长度；li为第i层土层的厚度。

根据桩体强度确定单桩承载力特征值：

桩体强度取fcu=3.0MPa,水泥与土的体积比为1：7，Rak=95.23kN

综合考虑，确定Rak=90kN

3）确定面积置换率

取m=11.5%。式中，β为桩间土强度折减系数，取0.9，fs,k为桩间土承载力标准值；fsp,k为复合地基承载力特征值；fak为桩间土承载力标准值。

4）修正复合地基承载力特征值

由《建筑地基处理技术规范》可知，复合地基承载力只对深度进行修正[6-7]：

式中，fa修正后的地基承载力特征值；fak为地基承载力特征值；ηd为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；γm基础底面以下土的重度。

5）验算桩身强度

根据《建筑地基处理技术规范》，实际采用桩身强度：

6）验算复合地基承载力

综合上述计算，本工程设计桩的布置形式为三角形布桩，桩径350mm,成孔深度为6.20m，有效桩长6.0m。填料选用1∶7水泥土，水泥选用32.5级普通硅酸盐水泥。

1.2 施工工艺流程及质量控制措施

1.2.1 施工工艺流程

成孔工艺流程如图1所示。

图1 成孔工艺流程

成桩工艺流程如图2所示。

图2 成桩工艺流程

1.2.2 施工组织及质量控制措施

1）机械设备

夹杆式夯实机4台，夯锤质量100kg，直径370mm，落距600～900mm；成孔采机械洛阳铲6台。

2）人员组织

项目经理1名，现场技术人员2名，成孔工12名，筛料、填料、拌料及机械操作工20名。

3）放线定位

施工过程中要严格执行设计及规范要求，误差应控制在0.4d以内，以保证工程质量。为了提高工程效率，放线在条件允许的条件下可以隔排进行。

4）成孔工艺

施工中采用机械洛阳铲成孔，保证孔径满足设计要求（孔径最多不小于设计孔径3cm），然后检查孔底虚土厚度（不超过15cm）及成孔深度（深度不小于设计孔深10cm）。成孔必须满足规范和设计要求，否则必须进行修复，直至合格[8]。

5）填料拌合

水泥土填料按设计配合比进行现场拌合，拌合后所有填料必须严格过粉碎机一遍，土样采用成孔时掏出的粉土类、粉细砂和粉质黏土类等，不允许采用杂填土和其他有机土。

6）夯实及填料

夯实采用机械夯实，填料之前先夯实孔底虚土，然后人工在孔口用铁锹匀速填料，每填料一锨（宜选用普通平口锨），便用夯锤夯一次，直至设计标高[8]。

（7）成桩质量检查

严格按照方案及相关规范进行施工，竣工15天后进行静载荷试验，以检测夯实质量是否达到设计要求。检验数量应为总桩数的0.5%～1%且不少于3点，复合地基承载力特征值fsp,k不小于180kPa。

该工程共成桩851根，总延米为5276.2m。

2 结论

1）水泥土桩处理软弱地基，使得桩和桩间土组成复合地基，提高了地基的承载力，减轻了建筑物的变形。通过工程实践和检测证明，夯实水泥土桩复合地基具有工艺简单、造价低、施工快、工期短、承载力高等特点，尤其是以其投资经济而又能满足工程需要这一显著特点而成为一种比较理想的软土地基处理方式。

2）水泥土桩适用于地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、黏性土等地基，且夯实混凝土的强度等级一般小于等于C5，因此处理深度有限。采用洛阳铲成孔时，宜小于6m，深度大于6m时，效率太低，不宜采用。

3）目前对夯实水泥土桩复合地基的沉降变形和承载力的理论研究还有待做进一步的研究。