夯實水泥土樁在處理軟弱地基中的應用

惠振昊 李 艷 高仁川

(山東省交通工程監理咨詢公司青島分公司，山東青島 266071)

1 概述

夯實水泥土樁是利用專門的成孔機械成孔，用夯實機械(夾板錘)將水泥土填料分層夯實，樁及樁間土共同作用組成復合地基，故稱之為夯實水泥土樁復合地基。成孔方法應根據地基土的性質，孔深、孔徑、施工機械等確定，分為機械成孔和人工成孔。人工成孔采用洛陽鏟結合成孔器完成，機械成孔采用卷揚機帶動的提升式重鏟。另外，按設計要求分為擠密樁和非擠密樁兩種。樁孔的夯填一般采用提升式夾板錘完成，填料虛鋪厚度150 mm～200 mm，夯擊3次～5次，或每填一锨料(樁內虛厚度約50 mm)夯擊1次～3次。水泥土樁復合地基，具有開挖土方少，施工速度快，節約投資等優點，且為干作業，受氣候影響小，在提高地基承載力，減少地基變形量方面有明顯的效果。本工程打樁4 361根，投資40萬元，加固地基總面積16 000 m2。夯實水泥土樁復合地基適用于填土、粘土、亞粘土等軟弱地基處理，一般要求所在地域的地下水位應低于樁底標高。

2 工程實例

1)石家莊華潤購物廣場，建筑面積2.7萬m2，框架結構2層，設計使用荷載大，基礎為混凝土獨立基礎，設計要求地基承載力大于200 kPa。水泥土樁施工圖設計為獨立基礎下群樁加固，總樁數6 136根。

2)根據地質勘察報告，該地區地質分布情況是:0 m～1 m深為回填土及耕植土，1 m～5 m深為粘土和亞粘土，承載力為90 kPa～110 kPa，土質稍濕～濕，呈可塑～軟塑狀;5 m～15 m深為粉質粘土，為中壓縮性土，土質稍濕～濕，呈可塑～軟塑狀，分布均勻，承載力為110 kPa～140 kPa。該地區地下水位在－25 m，從地質報告的土工實驗數據看，若利用粉質粘土作為持力層，地耐力滿足不了設計要求，必須進行加固處理。

3)根據地質報告及現場實際情況，設計采用在獨立基礎下的非擠密型夯實水泥土樁復合地基，樁徑350 mm，樁深6.5 m，樁間距600 mm～900 mm，加固處理的深度均在地下水位以上，土的含水率在16%～20%，超過者予以晾曬，不足者灑水濕潤。夯實水泥土樁配合比水泥∶土的體積比為1∶5，采用32.5級普通硅酸鹽水泥。樁體完成后，清理樁頭200 mm～300 mm的樁頂不實的部分;按照規范取總樁數的1%的樁進行檢測，其持力層地基承載力全部大于20 kPa，極大地改善了土的壓縮變形性能，完全滿足設計要求，經檢測合格后，鋪設碎石褥墊層，厚200mm，然后正式做基礎。

3 水泥土的加固機理與特征

1)水泥土加固機理:水泥土的物理化學反應過程與混凝土的硬化機理不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗細填充料中進行水解和水化作用，所以凝結速度較快;在水泥加固土時，由于水泥的摻量少，水泥的水解和水化反應完全是在具有一定活性的介質——土的圍繞下進行，所以硬化速度緩慢且作用復雜，因此，水泥加固土的強度增長過程比混凝土緩慢。水泥加固基本原理是水泥與土經拌和后發生一系列的物理化學反應而逐步硬化。

2)水泥土的特性:a.水泥土一般采用32.5級普硅水泥，水泥土的無側限強度比天然軟土大幾十倍至數百倍，其變形特征隨強度的不同而介入脆性與塑性之間，水泥摻入比為7%～15%時，表現為彈塑性，水泥摻入比為15%～20%時，表現為脆性。b.水泥摻入比是指水泥重量與被加固的軟土重量之比，一般情況不宜小于12%，本工程摻入比為20%。c.水泥土的強度隨齡期的增長而增加，一般在齡期超過28 d后，強度仍有明顯增加，該工程根據當地的檢測經驗，采用28 d的強度作為水泥土的標準強度是安全可靠的。

4 設計計算

1)設計依據包括施工圖、工程地質報告、建筑場地條件，現場試樁的檢測數據、施工機械及施工經驗等。

2)樁的布置及材料要求，樁的布置一般采用矩形排列，樁徑一般為300 mm～400 mm，樁長不小于3 m，樁尖進入持力層的深度不小于0.2 m。本工程樁徑采用350 mm，樁長采用6.5 m，樁尖進入持力層1.5 m，樁體材料配比一般為1∶5～1∶8，本工程采用1∶5，土的含水量16%～20%，以上數據均通過設計前的現場同條件實驗獲取。

3)水泥土樁復合地基的承載力應通過成樁的復合地基載荷實驗確定，亦可按下式計算確定:

其中，fo為復合地基承載力;fp為單樁承載力標準值;fs為樁間土承載力標準值;β為樁土置換率;K1為樁的承載力發揮系數，一般取1.0;K2為樁間土的承載力發揮系數，由實驗確定，一般為0.8 ～1.0。

5 施工過程質量控制

5.1 材料質量控制

工程所用水泥必須具備合格證、檢驗報告，經現場取樣復檢合格后方可使用。夯實水泥土樁所用土料有機質含量應不大于5%;土料粒徑應不大于20 mm。含水量與最優含水量比誤差為2%，最佳含水率以“手握成團、落地開花”為好。

5.2 夯實水泥土樁的質量控制

1)為保證樁的位置正確，應該從定位放線開始進行嚴格的控制，在樁位測量放線復驗檢查時，對樁位應認真檢查，發現問題及時糾正，樁的軸線位移控制在0.25D(D為樁徑)。

2)對樁徑控制是通過對孔徑檢查來完成，孔的局部縮徑偏差必須不大于20 mm，用鋼尺或專用檢查工具檢查，并作好記錄。

3)對樁長的控制是通過測量孔深來實現，要求孔深自褥墊層下(－2.30 m標高)不能小于設計規定的6.5 m，成孔后用鋼尺檢查，并作好記錄。

4)對樁體干密度質量控制:夯實水泥土樁樁體質量的抽查數量不少于樁體總數的2%，且不少于6根樁。

5)樁孔垂直度要求不大于1.5%，成孔過程中用吊線錘隨時檢查。

6)褥墊層夯實度允許偏差不大于0.9，用鋼尺測量。

5.3 機械設備選用

本工程設計為非擠土成孔，因此可選用機動洛陽鏟。

5.4 質量控制措施

1)成孔施工中應控制好樁孔位置、垂直度、樁徑、樁孔深度，使其符合下列要求:樁孔中心偏差不超過樁徑設計值，樁孔垂直度偏差不大于1.5%，樁孔直徑不小于設計樁徑，樁孔深度不應小于設計深度，對以上各項檢查后作好記錄。

2)成孔后應注意檢查孔底土質的情況是否符合設計要求，如果出現軟弱土層，應會同有關各方共同協商解決方案，采取有效的處理措施。

3)向孔內填料前，孔底必須夯實，樁頂夯填高度應大于設計樁頂標高200 mm～300 mm，墊層施工時應將多余樁體鑿除，樁頂面應水平。

4)夯填時應按照如下施工流程:夯實孔底(最小3夯)→填料→夯實→填料→封頂→夯實。填料與落錘應相互協調，有序進行。回填過程中隨機檢查水泥土的配合比(水泥∶土體積比為1∶5)，抽查樁的夯實質量，回填完成后，抽查樁數2%的樁(本工程共124根樁)，采用輕型圓錐動力觸探試驗檢測。

5)認真作好夯實水泥土樁施工記錄，并每天由專人復核簽字。

5.5 需要重點控制的工序及關鍵部位

1)審批夯實水泥土樁施工方案。審批水泥材料報驗單，按照現場見證取樣的規定，每200 t為一個檢驗批，取樣復試。

2)在施工過程中采用平行檢驗的方法，對成孔及打樁質量進行檢查，對不符合規范要求的部位整改、返工，直到滿足要求。成孔后，如不能馬上夯填，要求加強對孔的保護。對成孔的質量控制，施工、監理進行檢查驗收，合格后方可進行夯填。

3)水泥土樁孔底必須夯實，夯實擊數不應小于3擊。夯實填料時，每擊填料量不應過多，否則影響樁體的密實性及均勻性。一般每擊填料控制松料厚度為5 cm，嚴禁超厚和突擊填料。夯填樁孔時，夯錘選用錘底為盤形，錘體直徑與樁孔直徑之比宜取0.7～0.8，錘體質量應大于120 kg，夯錘每次提升高度均不應低于70 cm。水泥土拌和料應在拌和后2 h內用完。

5.6 質量通病的預防措施以及冬期施工的質量保證措施

1)樁孔局部縮徑。產生原因是:土質不均勻，洛陽鏟局部滑移。處理方法是:用直徑比設計樁孔徑小20 mm的修正鏟進行刷孔，修正局部縮徑。

2)冬期施工控制措施:工程開工時，已進入冬期施工，必須采取相應的冬期施工措施。作好原材料的保護措施:水泥應防潮、防雪，同時合理安排工期，應避免在溫度較低的夜晚施工，防止拌合土在施工過程中受凍。

3)保證機械架設穩定，防止機械傾倒造成事故，同時有利于保證樁孔的垂直度。成孔后，如不能馬上夯填，應加強對孔的覆蓋。

6 樁基檢測

1)夯實水泥土樁復合地基承載力檢驗應采用單樁復合地基載荷試驗，試驗宜在成樁28 d后進行。靜載荷試驗點為總樁數的1%(本工程為62根樁)，委托有資質的檢測單位，采用下地錨的方式代替堆載，提高檢測效率，降低費用。

2)正確選擇承壓板的面積，保證試驗準確，承壓板的面積必須與單樁所承擔的面積相等。載荷試驗場地應采取措施，防止刮風、受凍、基坑浸水而影響試驗結果。

3)加荷分級為8級～12級，最大加荷壓力不小于設計要求壓力值的 2倍。每加一級荷載(p)，按 10 min，10 min，10 min，15 min，15 min讀記承壓板沉降量(s)，以后每隔半小時測讀一次沉降量。當每小時的沉降量小于0.1 mm時則認為已趨穩定，即可加下一級荷載。

4)卸載可為加載級數的一半，等量進行，每卸一級，間隔半小時，讀記回彈量，待卸完全部荷載后，間隔3 h讀記總回彈量。

5)復合地基承載力特征值(fspk)的確定:a.當p—s曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對應的比例極限的2倍時，可取比例極限;當其值小于對應比例極限荷載值的2倍時，可取極限荷載的一半。b.當p—s曲線是平緩的光滑曲線時，可按相對變形值確定，取相對變形值所對應的荷載。

7 驗收

1)及時聯系質監站對現場檢驗合格(施工技術資料、檢驗報告齊全)的夯實水泥土樁進行驗收。驗收后可以鋪設褥墊層。

2)夯實水泥土樁施工結束后，應根據施工單位提供的全部竣工資料和現場檢查情況，由甲方組織有關單位對工程進行驗收，驗收合格后，應簽署工程驗收報告，作為施工轉序的證明。

3)竣工資料應包括下列內容:水泥出廠合格證及材料檢驗報告;定位放線記錄;經監理工程師簽認的施工記錄或原始技術資料;樁體質量檢驗報告;設計變更通知書，事故處理記錄(未發生時，可無);地基處理竣工報告;符合地基承載力檢驗報告。

8 分析及設想

1)水泥土樁處理雜填土、素填土及粘土軟弱地基，使樁和被擠密的樁間土組成復合地基，承擔上部荷載，并按壓縮一致的原則，由壓縮性小的樁體承受大部分的荷載，樁間土承受一部分荷載，這樣既減輕了樁間土荷載，提高了地基的承載力，又減輕了建筑物的變形。對重要建筑，當采用水泥土樁復合地基時，應先通過成樁實驗，確定設計與施工方案，并應進行建筑物的沉降計算與沉降觀測。

2)通過工程實踐和檢測，水泥土樁復合地基承載力比處理前提高1倍，且減少沉降和不均勻沉降。特別對欠固結的松軟土層，更顯出特有的優越性。該項技術具有施工簡便、振動小、噪聲低、無污染、技術可靠、經濟合理的優點。

3)水泥土樁的適用范圍僅限于處理地下水位以上的軟弱土層，若遇到地下水位高，則需改用其他處理方法，這在某種程度上限制了該樁的發展。建議當遇地下水時，可采取地下水位以下用碎石樁或深層攪拌樁，地下水位以上用水泥土樁，二者結合使用，各自發揮其優勢，采用碎石樁時，機械稍加改進即可，施工速度快，又比較經濟，具有廣泛的應用前景。

［1］JGJ 106-2002，建筑基樁檢測技術規范［S］.

［2］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.

［3］GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.