水泥土搅拌桩复合地基设计施工常见问题剖析

曾颖昊

中国轻工业广州工程有限公司 广东 广州 511447

水泥土搅拌桩利用水泥或石灰等材料为胶凝剂（广东等沿海地区多采用水泥为主），通过专门的搅拌机械，将表层软土和胶凝剂强制搅拌，使软土硬化成整体性、水稳定性和强度均较好的水泥加固土，从而提高地基土的承载力及压缩（变形）模量，以达到满足地基承载力或变形控制的要求。按胶凝剂的掺入状态的不同，水泥土搅拌桩主要可分为“湿法”和“干法”两种[1]，“湿法”也叫浆液搅拌法[2]，是沿海软土地基普遍采用的方法。

水泥土搅拌桩应用较为成熟，常用作地基软基加固主要方式，尤其是工业厂房等地坪地基、场地道路的处理具有很大应用空间，但是，其设计和施工时需充分熟悉了解地勘揭示的地质情况下，结合当地经验合理设计及计算才能较好达到其预期效果，以下主要是常见的设计施工问题的总结及剖析。

1 水泥土搅拌桩的适用问题

根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012[1]（以下简称“地处规”）第7.3.1条，适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、素填土、黏性土（软塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉细砂（松散、中密）、中粗砂（松散、稍密）、饱和黄土等土层。不适用于含孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土、欠固结的淤泥和淤泥质土、硬塑及坚硬的黏性土、密实的砂类土、以及地下水渗流影响成桩质量的土层。但是，滨海地区表层都有以淤泥或淤泥质土，有的往往还深达20～30多米，其是否均可使用此处理方法是摆在工程师面前首要考虑的问题，具体设计中又应注意其哪些问题。

水泥土搅拌桩设计前，应充分研读地勘资料和理解搅拌桩的适用类型，不能简单的看到有淤泥、淤泥质土层即采用搅拌桩复合地基方案。硬壳层下的淤泥与上覆新近填土的滨海滩涂淤泥，两者有本质的区别，前者往往堆积时间较久，已经完成自重固结，采用水泥土搅拌桩处理能收到较好的效果，而后者则未完成自重固结，本身还存在桩间土固结沉降产生的负摩阻力，不仅不能提供桩体侧摩阻力，还作为附加内力（类似于桩基础设计中的负摩阻力的影响）降低了桩体有限的承载力。

当淤泥的Ip值大于22时，常规的搅拌工艺难于保证搅拌质量，经常出现串浆、搅拌不均等质量事故，更应限制其使用。由于软土层较厚，搅拌桩限于施工技术及施工单位成本考虑等因素，施工时搅拌桩往往未穿透软弱层到达下卧强度较高的土层，造成“悬桩”[2]。故而如果简单的将水泥土搅拌桩复合地基用作处理淤泥或淤泥质土，会造成一定的安全隐患。

2 搅拌桩承载力计算相关参数取值和注意事项

2.1 水泥土搅拌桩单桩承载力特征值计算

根据“地处规”[1]式7.3.3，搅拌桩单桩竖向承载力特征值为：

计算用的fcu取值主要用于设计阶段的取值，针对的是实验室标准养护下的试块，可在设计前进行试配用于指导设计，此时的龄期应为90d。静载试验和钻芯取样抗压强度检验均为针对搅拌桩处理地基质量检验阶段进行的，其龄期标准为28d。两者之间龄期差异是针对不同阶段而言，实际操作中，现场实际可以按28d甚或14d进行桩验收检测。实际上，往往现场施工进度紧，检测龄期要求较长也无法满足施工进度要求，为了加快检测进度又能保证检测结果能够满足设计要求，不同的龄期之间可进行一定变换。

对于淤泥土层，不同龄期间关系换算[1][2][3]可按如下公式：

其余非规范标准龄期同样可采用线性插值，提供实际检测值要求时，偏于安全地，fcu90系数尽量取高值，以确保后期90d龄期结果能满足计算要求。

2.2 面积置换率的计算和和水泥土强度的控制

根据“地处规”[1]第7.6.2及7.1.5条，水泥土搅拌桩复合地基的地基承载力特征值为：

随着经济的发展和社会的进步，人们的生活水平不断地提高，人类平均寿命普遍延长，老年人口所占的比例越来越大，老年患者数量显著增加[1]，面对日益增加的老年人口医疗需求，不仅要提升老年医学临床医师的诊疗水平及临床研究，同时需要完善医学生培养模式以培养出时代所需的应用型人才。

因为在地质情况是客观存在的，式4中λ、fsk、β值没有太多选择余地，按规范要求取值即可，我们设计中主要是通过确定和m两个参数来实现工程设计地基承载力要求的，其中m为面积置换率，是搅拌桩设计中至关重要的参数，置换率取值过小，地基处理效果有限，不能很好的发挥水泥土的作用，取值过大，则不经济，造成浪费，m 体现在实际设计中即为搅拌桩桩距控制；可理解为水泥加固土压强（桩单位面积承载力），根据式1可见，值主要通过水泥土强度fcu取值控制来决定，如水泥土强度不足，则地基处理后其承载力有限，不能满足工程要求，如取值过大，实际施工往往又无法达到，增加后期实施风险。

根据以上分析，结合以往项目经验，具体设计中主要控制如下两点：（1）在桩径选用500mm情况（一般搅拌桩直径不低于500）下，桩矩控制在S1=s2＜1500以下为宜，当为正方形布置时(如图1所示)，此时能够保证地基处理面积置换率m不低于0.087；（2）水泥土强度fcu控制：当为淤泥或淤泥质土时，fcu控制在1.8～2.2之间，当为粉土或粘土时，可以控制到2.2以上，对于水泥土强度控制，应根据试验确定其水泥掺量，设计时可以先跟据经验给定一个初步掺量，并明确最终应通过现场或室内实验确定。

图1 搅拌桩布置示意

3 水泥土搅拌桩复合地基变形计算的相关问题的理解

在工业建筑设计中，经常采用水泥土搅拌桩复合地基处理厂房内地坪或厂区道路，其主要目的往往并不是解决地基承载力的问题，更多的是为了提高上部软弱土层变形模量或压缩模量，从而减少其地基变形沉降。

复合地基变形计算方法采用与天然地基相同的分层总和法[1][4]计算，在此不展开叙述，其主要区别在于压缩模量的取值，关于复合地基压缩模量的计算，02版《建筑地基处理技术规范》[5]（以下简称”旧规”）及广东省地方标准《建筑地基处理技术规范》DBJ/T15-38-2019[6]（以下简称“省地处规”）采用置换率对压缩模量进行换算：

此式其概念清晰，容易理解，沉降值控制计算结果较容易满足业主要求。而“地处规”关于压缩模量的计算采用的则是与地基承载力相关的提高系数法，按“地处规”第7.1.7条：

据此，复合地基承载力特征值大小直接影响最终地基变形结果，变形控制间接的通过控制地基承载力来实现，其压缩模量计算结果明显小于按“旧规”和“省地处规”计算结果，其沉降计算值偏于保守，笔者认为“地处规”采用此方法计算的目的主要是地基承载力能够通过检测试验明确，方便通过施工检测验收来确定处理效果。工程技术人员设计时应对其有清晰的认识和理解，对于其沉降值计算控制可采用式5复核计算与式7对比后综合考量后判断。

4 实例计算分析验证

以下通过以往一个工程实例计算以验证以上论述：

广东某滨海地区物流项目拟采用搅拌桩地基处理地坪地基，地基平均压力为30kPa，准永久值系数为按0.5，其主要地质参数资料，见表1。

表1 土层参数表格

水泥土搅拌桩采用D550直径，桩距1.2mx1.2m正方形布置，置换率m=0.165，经对比计算，其单桩承载力特征值Ra=131kN；

按式4计算其复合地基承载力特征值为fspk=111kPa；

按式6计算：ζ=1.376。

据此分别按未处理天然地基[4]、“地处规”[1]、“省地处规”[6]计算沉降值，其结果见表2。

表2 不同的情况及计算方法沉降值计算结果

根据表2数据表明，按“省地处规”或“旧规”计算的结果要远远小于按“地处规”计算的结果，处理后沉降计算值降低较为显著，如需按“地处规”计算，则需要将ζ值控制得较大时地基沉降处理计算值才显著降低。

5 褥垫层的设计与施工

搅拌桩设计和施工均应足够重视基础和水泥土搅拌桩之间褥垫层的作用，应明确给出褥垫层做法要求。“地处规”[1]第7.3.1条第6款：水泥土搅拌桩复合地基宜在基础和桩之间设置褥垫层，厚度可取200～300mm。褥垫层材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm，褥垫层的夯填度不应大于0.9。

我们应重视褥垫层的“媒介作用”，褥垫层是水泥土搅拌桩与桩间土协同工作的重要桥梁：当褥垫层厚度较小（如不大于200mm），桩间土承载力发挥程度很低，类似桩基地基受力形式，但其刚度要远小于桩基；而褥垫层厚度较大（如大于500mm）时，桩间土承载力发挥程度很高，压缩变形量较大，接近普通天然地基受力形式。故褥垫层厚度的取值取决于建筑物的容许变形和对桩体和桩间土承载发挥程度的期望。褥垫层厚度控制宜根据桩承载力和桩间土的软硬程度合理取值，设计同时需强调褥垫层夯填度（不大于0.9）的要求，其做法见图2。

图2 水泥土搅拌桩地基处理大样

6 结论

（1）水泥土搅拌桩设计时应充分熟悉了解其地质情况，判断其适用情况，以确定搅拌桩设计可行性；

（2）设计时，充分理解水泥土搅拌桩计算参数，应合理取值，取值合理往往决定设计成果的合理可靠性，直接影响后续施工进度、质量控制及成本控制;

（3）工业建筑领域，搅拌桩处理地基常用作地坪和厂区道路减沉为主，设计时应重点关注其处理后的压缩模量或变形模量值;

（4）搅拌桩地基处理设计和施工要充分利用好褥垫层的“媒介作用”，褥垫层也是发挥地基处理成果的关键一环。