水泥搅拌桩在海相沉积平原中的应用分析

代久凤

（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 工程概况

曹妃甸区某商品体验中心开发工程拟建场地位于曹妃甸区滨海道南侧约200 m 处。 本工程主要建筑物为3F-4F 商业楼，总建筑面积为178 096.81 ㎡，建筑物高度为15.1～21.1 m， 地下室1 层。 其中B06-1# 楼建筑高度20.08 m， 为无地下室地上4层建筑物。

2 地质条件

该工程拟建场地地表为2010 年间吹海造田形成的冲填土，勘察期间地表略有起伏，原始地貌为滨海相沉积地层，环境工程地质条件一般，场地基本稳定。场地填土厚度较大，适宜性较差，由上而下的土层及原始地基承载力特征参数见表1。 根据拟建工程特点及地质条件勘察结果，建筑物地基处理首选深层搅拌桩，无地下室建筑物的桩端持力层放在④层粉土上为宜。

表1 各土层参数及地基土承载力特征值参数

3 地基加固处理设计

为减小基础沉降，场地内采用水泥搅拌桩技术对地基加固处理， 本工程采用ZGZ-A 型搅拌机及配套机械进行水泥搅拌桩施工，桩直径500 mm，间距为1.0 m×1.0 m，有效桩长14 m，保护桩长1.0 m，使用P·O 42.5 普通硅酸盐水泥。

水泥搅拌桩桩身达到设计强度时，开挖进行剔凿桩头， 经验收合格后， 按设计要求在桩顶铺设20 cm 厚级配碎石褥垫层， 级配碎石粒径不宜大于20 mm， 作为过渡层用以调整基础不均匀沉降、保证桩土共同作用[1]。

4 试桩试验

水泥搅拌桩水泥掺入比一般不小于16%，但因地基条件、质量要求、经济条件等因素在工程间存在差异，应按规范和设计进行调整[2]。 在搅拌工艺确定的前提下， 本工程以不同水泥掺量试桩的28 d 无侧限抗压强度结果为参考[3]，根据单桩竖向抗压静载试验结果，来决定经济合理的水泥掺量。

4.1 设计要求

设计要求：设计桩径0.5 m，设计抗压强度≥2 MPa（28 d）。

试验检测数据：天然土密度1.86 g/cm3，防腐外加剂设计掺量5.55 kg/m。

工艺搅拌下沉速度为0.8 m/min， 喷浆提升速率为0.5 m/min，注浆泵出口压力保持0.5 MPa。

设计桩长14 m，理论搅拌深度（桩长）15 m（含1 m 保护桩），搅拌次数为“四搅二喷”，单次喷浆时间30 min，搅拌转数60 r/min。

4.2 试验桩过程数据

本工程以4 组试验桩进行对比， 每组3 根试桩， 以14%、16%、18%、20%的水泥掺量为不同取值，桩长15 m,设计桩径0.5 m，水灰比0.5，试验参数见表2。 结果表明，不同水泥掺入量对单根水泥搅拌桩施工时间影响不显著。

表2 水泥搅拌桩试桩施工参数

4.3 试验桩应用数据

4.3.1 试桩28 d 无侧限抗压强度

对4 种不同水泥掺入量的试桩进行28 d 无侧限抗压强度试验，试验结果见表3。试验结果表明，当水泥掺入量达到18%时，试桩28 d 无侧限抗压强度为2.1 MPa≥2 MPa（28 d），满足设计抗压强度要求，每延米水泥用量64.62 kg，防腐剂用量5.55 kg/m，水灰比为0.5。

表3 试桩28 d 无侧限抗压强度试验结果

4.3.2 试验桩单桩承载力

对7#试桩进行单桩承载力试验， 试验结果见图1。 单桩竖向抗压静载试验结果表明该配比试桩承载力满足≥98 kN 的设计要求，确定本工程采用水泥掺入量18%，每延米水泥用量64.62 kg，防腐剂用量5.55 kg/m，水灰比为0.5 的水泥搅拌桩参数进行现场施工。

图1 试桩单桩竖向抗压静载试验Q-s 曲线

5 无地下室单体建筑水泥搅拌结果分析

5.1 水泥搅拌桩成桩地基承载力试验

B06-1# 楼无地下室单体建筑水泥搅拌桩施工完成后，在其均匀性，成桩质量及无侧限抗压强度检测合格后， 分别抽取15 根成桩进行单桩静载荷试验和复合地基载荷试验，试验结果见表4。 通过工程质量报告中的Q-s 和p-s 相关曲线综合分析各成桩单桩承载力特征值和地基承载力特征值合格率100%，均满足设计值要求。

表4 B06-1# 楼成桩地基承载力试验结果

5.2 无地下室单体建筑累计沉降结果

对本工程无地下室单体建筑B06-1# 楼主体施工完成后进行沉降观测， 每年至少进行一次观测。沉降观测点布置见图2，沉降观测时间-累计曲线见图3。结果表明，本工程B06-1# 楼建筑在主体施工完成后半年沉降值趋于稳定， 沉降变化量在50～80 mm， 在规范允许值范围内。 之后分别在2018 年和2021 年对该建筑进行沉降观测，各沉降观测点均无明显变化，符合设计规范要求。

图2 B06-1# 楼沉降观测点布置

图3 B06-1# 楼沉降观测时间-累计沉降曲线

6 结语

在沿海城市建设发展过程中，近海地区吹填土复合地基加固处理技术的应用日趋广泛[4]，本文对水泥搅拌桩工艺的应用进行了简要分析，并以试验数据确定了在海相沉积平原中合理水泥掺量。采用“四搅二喷”工艺，水泥掺量在18%时，对原状土地基加固效果较为理想，获得了水泥搅拌桩处理唐山市曹妃甸区吹填土的施工工艺参数，具有一定可行性和经济技术参考性。

通过对无地下室单体建筑的水泥搅拌桩承载力测算和单体沉降观测，采用水泥搅拌桩加固处理后， 有效降低了建筑物不均匀沉降和整体沉降风险，具有一定应用价值。 沉降观测结果中无地下室建筑有9 cm 左右沉降，达到了预期效果，但本工程在观测有地下室建筑物沉降变化时发现累计沉降值明显小于无地下室建筑，可能是由于地下室施工清除人工填土层、 地基整体承载能力增加等原因，需进一步对比分析。因此对无地下室建筑地基处理工艺可进一步进行优化设计。