水泥土攪拌樁在工程中的應用

趙宇

（淮北市建筑勘察設計研究院有限公司，安徽 淮北 235000）

我國地域廣大，有各種成因的軟土層，其分布范圍廣、土層厚度大。這類軟土的特點是含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性差、沉穩時間長。由于軟土地基的不良性能，因此在軟土地基上建筑施工時須要進行人工加固。常見的加固方法有排水、壓密、加筋、固化等幾類。在軟土地基中攪拌摻入各類固化劑，使軟土固化是一種通用的地基加固方法。常用的固化劑有:1.水泥類:普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥；2.石灰類:生石灰、消石灰。由固化劑（水泥）與軟土攪拌形成的固結體稱為水泥攪拌樁。其種將用水泥漿與軟土攪拌形成的柱狀固結體稱為深層攪拌樁；將用水泥粉體與軟土攪拌形成的柱狀固結體稱為粉噴樁。這兩種樁合稱為水泥土攪拌樁。這兩類地基加固方法（既拌入水泥漿的濕法和拌入水泥粉的干法）合稱為水泥土攪拌法。

1 水泥土攪拌樁的加固原理

深層攪拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化學反應過程。水泥與飽和的軟土攪拌后，首先發生水泥的水解和水化反應，生成水泥水化物并形成凝膠體(氫氧化鈣)，將土顆粒或小土團凝結在一起形成一種穩定的結構整體，這就是水泥的骨架作用，同時，水泥在水化過程中生成的鈣離子與土顆粒表面的鈉離子(或鉀離子)進行離子交換作用，生成穩定的鈣離子，從而進一步提高土體的強度。另外，水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水和空氣中的二氧化碳，發生碳酸化反應，生成不溶于水的碳酸鈣，這種碳酸化作用也能使水泥土增加強度。

2 工程概況

一幢九層框架住宅樓，建筑占地面積約為450m2，建筑面積約為4800m2，建筑物長為45m，寬為10m，高度為27m。該建筑物安全等級為二級，抗震六度設防，結構抗震等級為四級。擬建場地鉆探揭露地層為第四系濱海相沉積層、坡(洪)積層和人工填土層，依工程特性、成因類型將其劃分為5個土層:層①為松散的填土，層②～③為結構松散的砂土或粘土，層④為軟弱粘土，層⑤為粘土夾粉土。場地地面以下15m深度范圍內，即層④及以上各土層均屬中一高壓縮性土，故場地土類別為軟弱土。據現場地質資料，場地類別為Ⅳ類，場地等級和地基等級均為二級。

3 地基處理方案的選擇

《工程地質勘察報告》提供工程處于軟土地基上。其中層⑥及以上各土層承載力低，且厚度多數不穩定，不能滿足高層建筑地基承載力要求，未經處理，不能作高層建筑物基礎持力層；層⑤力學強度中等，厚度穩定，是場地比較理想的持力層。因此，根據場地巖土工程條件及擬建建筑物的荷載要求，采用深層攪拌水泥土樁地基對層④及上土層進行加固處理，然后采用淺埋的基礎形式。既采用深層攪拌水泥土樁加固地基。

4 水泥土攪拌樁復合地基的加固設計

承受垂直荷載的深層攪拌水泥土樁一般應使土對樁的支承力與樁身強度所確定的承載力相近，并使后者略大于前者，這樣就可以使樁身強度與承載力相協調，使樁身強度充分發揮作用。因此，攪拌樁的設計主要是確定樁長和選擇水泥摻入比。而水泥摻入量又是決定工程造價和樁身強度的主要因素。

4.1 單樁承載力特征值取以下兩式中的較小值:

攪拌樁進入層⑤土l～2m不等，設計有效樁長L=5.5m(從基底向下算起)，樁直徑 d=60cm。，根據《報告》式(1)≥式(2)及可得單樁豎向承載力特征值Ra=130kN。

4.2 攪拌樁復合地基承載力計算

水泥土攪拌樁的承載力性狀與剛性樁相似，但由于攪拌樁樁身強度較剛性樁為低，在垂直荷載作用下有一定的壓縮變形，在樁身壓縮變形的同時，其周圍的軟土也能分擔一部分荷載。因此，當樁的間距較大時水泥土攪拌樁又可與周圍的軟土組成柔性樁復合地基。攪拌樁復合地基承載力特征值可按下式計算:

4.3 置換率和樁數的計算

根據基礎設計，要求攪拌樁復合地基的承載力特征值fspk達到l60kPa，基礎底面積A=678m2，即可用下列公式求得置換率m及總樁數

式中:β為樁間土承載力折減系數，取0.5；fsk為樁間土承載力特征值，取l00kPa；其余與式(1)，(2)相同。由式(4)得 m=27%，由式(5)得 n=648 根。

4.4 樁的平面布置

水泥土攪拌的總樁數確定后，即可按選定的加固形式和上部荷載的分部進行布樁。樁狀加固時，樁的平面布置以樁距最大(以利充分發揮樁側摩阻力)和便于施工為原則，采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等形式。

樁間距=Ap/m=0.2826/0.27=lm。取1.0m，按l.0m×1.0m 梅花形布樁。

4.5 下臥層地基強度驗算

當攪拌樁處理范圍下存在較弱下臥層時，可按《建筑地基基礎設計規范》GB 50007-2002的有關規定進行下臥層強度驗算 (本工程經下臥層地基強度驗算，滿足要求)。

4.6 沉降驗算

攪拌樁復合地基的變形包括復合土層的壓縮變形和樁端以下未處理土層的壓縮變形。其中前者可根據上部荷載、樁長、樁身強度等按經驗取10～30mm。后者可按《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002的有關規定確定。

5 深層攪拌水泥樁的施工

深層攪拌的施工工藝流程。噴漿型:攪拌機械就位一預攪下沉一噴漿攪拌上升一重復攪拌下沉一重復攪拌上升一完畢

噴粉型:就位一鉆進一提升一成樁

施工注意事項:基礎底面以上宜預留500mm厚的土層，攪拌樁施工到地面，開挖基坑時，應將上部質量較差段挖去。應保證起吊設備的平整度和導向架的垂直度，攪拌樁的垂直偏差不得超過l.0%，布樁位置與設計誤差不得大于2cm，樁位偏差不應超過5cm。攪拌機預攪下沉時應使土體充分攪碎。當遇到較硬土層下沉速度過慢時，對于噴漿攪拌方采用沖水下沉，但在噴漿提升前必須將輸漿管中的存水排凈。對于噴漿攪拌所使用的水泥漿要嚴格按設計的配合比拌制，制備好的水泥漿不得有離析現象，停置時間不宜過長。為防止水泥漿發生離析，應將水泥漿留在灰漿拌制機中不斷攪動，直至送漿前才緩慢倒入集料斗中。對停置時間超過2h的水泥漿應降低標號使用。對于噴粉攪拌所使用的水泥粉要嚴格控制入儲灰罐前的含水量，嚴禁受潮結塊。不同水泥不得混用。

攪拌機噴漿提升的速度及次數必須符合施工工藝的要求，使水泥漿（粉）與土之間得以充分攪拌，保持水泥土強度。

樁體施工結束，經有關部門測試，綜合評定樁體質量和復合地基效果，全部達到和超過了設計要求。

[1]建筑地基處理技術規范(JGJ79-2002).中國建筑工業出版社,2002.

[2]建筑地基基礎設計規范(GB50007-2002).中國建筑工業出版社,2002.

[3]建筑地基基礎設計方法及實例分析.中國建筑工業出版社,2007.

[4]地基處理手冊.中國建筑工業出版社，2008.