水泥土攪拌樁基本性質(zhì)及應(yīng)用

藺少松

（中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京100026）

水泥土攪拌樁基本性質(zhì)及應(yīng)用

藺少松

（中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京100026）

水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)原理是利用水泥(或其他類(lèi)似材料,如石灰)作為固化劑,通過(guò)特制攪拌機(jī)械,在一定深度范圍內(nèi)地基土與水泥等固化劑強(qiáng)行攪拌,固化后形成具有抗?jié)B止水性和一定強(qiáng)度的水泥土樁,并與樁周土體共同承擔(dān)上部荷載。論文闡述了水泥土攪拌樁在實(shí)際工程中的應(yīng)用，通過(guò)設(shè)計(jì)、計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證了攪拌樁設(shè)計(jì)的合理可行性。

攪拌樁；置換率；復(fù)合地基

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.016

1 水泥攪拌樁地基處理方法在工程中的應(yīng)用

1.1 工程概況

某車(chē)間長(zhǎng)度為130m，寬度為60m，高度為15.5～24.6m，共3層。該車(chē)間采用框排架結(jié)構(gòu)，其中5m及9m平臺(tái)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，10m以上為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，屋頂采用兩連跨30m梯形鋼屋架和雙層彩鋼板屋面。

巖土工程勘察報(bào)告中土層分布如下：

第1層粉質(zhì)黏土填土層厚度約為層厚0.20～8.50m，疏松，結(jié)構(gòu)均一性差，工程地質(zhì)條件差，不宜作為擬建建筑物天然地基持力層；地基土承載力特征值（fak）為100kPa，壓縮模量平均值3.0 MPa；側(cè)阻力特征值（qsi）10kPa，建議采用深層攪拌樁進(jìn)行地基處理。

第2層粉質(zhì)黏土填土層,厚度約為層厚0.20～8.50m，強(qiáng)度較高，中等壓縮性，是樁基礎(chǔ)良好樁端持力層；地基土承載力特征值（fak）為200kPa，壓縮模量平均值7.3 MPa；側(cè)阻力特征值（qsi）14kPa，樁端地基土承載力特征值（qp）200 kPa,建議采用深層攪拌樁進(jìn)行地基處理。

1.2 水泥土攪拌樁承載力確定

車(chē)間5m及9m平臺(tái)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值均為20kN/m2。屋面不上人。經(jīng)整體建模計(jì)算后底跨部分柱底軸力為2500kN，高跨部分柱底軸力為4100kN。

根據(jù)工程上部計(jì)算柱底內(nèi)力，初步確定地基處理后承載力特征值為160～180kPa；根據(jù)要求達(dá)到的地基承載力，應(yīng)按公式先計(jì)算面積置換率m，再推算出樁間距。

1.2.1 地基承載力特征值為160kPa

樁徑600mm，截面面積Ap=0.282m2，樁周長(zhǎng)L=1.88m，樁長(zhǎng)li=3.9m（樁體進(jìn)入第一層土3.4m，第二層土0.5m），抗壓強(qiáng)度平均值fcu=2.0MPa（實(shí)驗(yàn)室提供現(xiàn)場(chǎng)取土試驗(yàn)后提供結(jié)果）。

單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

Ra=ηfcuAp[1]=0.3×2000×0.282=169.3kPa（樁身材料強(qiáng)度控制）Ra=UpΣqsili+αqpAp[1]（樁周土和樁端土抗力提供）

=1.88×（10×3.4+14×0.5）+0.45×200×0.282=102.46kPa樁身材料強(qiáng)度所控制的承載力值大于樁周土和樁端土所提供的承載力值，滿(mǎn)足要求。復(fù)合地基承載力特征值：fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk[1]

160 =m×102.46/0.282+0.8×(1-m)×100；m=0.282

面積置換率：m=d2/de2[1]=0.62/de2=0.282；de=1.13矩形布置de=1.13S[1]；間距S=1m

式中，η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.3；Up為樁的周長(zhǎng)，m；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa；li為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa；α為樁端天然地基土的折減系數(shù)，可取0.4～0.6,承載力高時(shí)取低值；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa,無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可取天然地基承載力特征值；d為樁身平均直徑，m；de為根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，m；m為面積置換率。

1.2.2 地基承載力特征值為180kPa

樁徑600mm，截面面積Ap=0.282m2，樁周長(zhǎng)L=1.88m，樁長(zhǎng)li=5.0m，抗壓強(qiáng)度平均值=2.0MPa，樁長(zhǎng)li=5.0m（樁體進(jìn)入第一層土4.5m，第二層土0.5m）。

Ra=ηfcuAp[1]=0.3×2000×0.282=169.3kPa Ra=UpΣqsilpi+αpqpAp[1]

=1.88×（10×4.5+14×0.5）+0.45×200×0.282=123.14kPa樁身材料強(qiáng)度所控制的承載力值大于樁周土和樁端土所提供的承載力值，滿(mǎn)足要求。

fspk=m·Ra/Ap+β·(1-m)fsk[1]

180 =m×123.14/0.282+0.8×(1-m)×100；m=0.282

m=d2/de2[1]=0.62/de2=0.282；de=1.13

de=1.13S[1]；間距S=1m

設(shè)計(jì)過(guò)程中配置樁徑600mm，700mm兩種直徑，通過(guò)調(diào)整樁長(zhǎng)度和間距，在不同的位置要求達(dá)到不同的承載力，計(jì)算過(guò)程同上，不一一列舉。

2 水泥攪拌樁單樁及復(fù)合地基載荷試驗(yàn)報(bào)告結(jié)論

1#樁（位于高跨部分）：樁長(zhǎng)4.2m，樁徑600mm，間距1.0m，置換率0.282，設(shè)計(jì)要求地基承載力特征值為180kPa；最大試驗(yàn)荷載405kPa，最大沉降量63mm，最大回彈量5.03mm，回彈率7.88%，s/b=0.006對(duì)應(yīng)的荷載值182kPa（s為載荷試驗(yàn)承壓板的沉降量；b為承壓板寬度），地基承載力特征值為182kPa。載荷試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算后的變形模量22.13MPa。

2#樁（位于煙囪位置）：樁長(zhǎng)3.45m，樁徑700mm，間距1.0m，置換率0.384，設(shè)計(jì)要求地基承載力特征值為160kPa；最大試驗(yàn)荷載360kPa，最大沉降量62mm，最大回彈量5.38mm，回彈率8.58%，s/b=0.006對(duì)應(yīng)的荷載值171kPa，地基承載力特征值為171kPa。載荷試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算后的變形模量20.80 MPa。

3#樁（位于高跨部分）：樁長(zhǎng)4.65m，樁徑700mm，間距0.9m，置換率0.474，設(shè)計(jì)要求地基承載力特征值為160kPa；最大試驗(yàn)荷載407kPa，最大沉降量61mm，最大回彈量5.05mm，回彈率7.88%，s/b=0.006對(duì)應(yīng)的荷載值174kPa，地基承載力特征值為174kPa。載荷試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算后的變形模量21.16MPa。

3 水泥攪拌樁在工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

1）攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高的粘性土等地基。

2）深層攪拌設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行室內(nèi)加固試驗(yàn)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地基土的性質(zhì)，選擇合適的固化劑及外摻劑，為設(shè)計(jì)提供各種配比的強(qiáng)度參數(shù)[2]。加固土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值宜取90d齡期試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

3）在水泥土強(qiáng)度在2.0MPa時(shí)，樁長(zhǎng)越短，樁周土提供的單樁承載力特征值越小，此時(shí)復(fù)合地基承載力受水泥土強(qiáng)度控制，需要加大置換率，縮小間距來(lái)滿(mǎn)足要求，不一定經(jīng)濟(jì)合理。

4）當(dāng)設(shè)計(jì)需要較高的復(fù)合地基承載力時(shí)，建議適當(dāng)增加樁長(zhǎng)、樁徑來(lái)解決，樁側(cè)和樁端阻力發(fā)揮到最大，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的效果。

5）國(guó)產(chǎn)攪拌機(jī)械設(shè)備工作壓力小[2]，限制了攪拌樁的施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)中樁的長(zhǎng)度不宜超過(guò)10m。

6）在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)沉降計(jì)算中應(yīng)注意，土層的深度和壓縮模量都應(yīng)按處理后的土層厚度輸入，變形模量需實(shí)驗(yàn)室提供的攪拌樁壓縮模量及樁間土的壓縮模量按置換率計(jì)算得出。計(jì)算結(jié)果應(yīng)與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，相差較大時(shí)應(yīng)調(diào)整樁長(zhǎng)，并選擇較好的樁端土層。

7）在基礎(chǔ)與樁頂間設(shè)置300mm厚的砂石墊層，充分調(diào)動(dòng)樁間土的承載力，同時(shí)避免樁頭破損。利用墊層的擴(kuò)散作用，加大軟土的受力面積，可將攪拌樁布置在基礎(chǔ)以外，但超出范圍不宜大于樁徑。

4 結(jié)語(yǔ)

水泥土攪拌樁最大限度地利用了原土，加固后土體的重度基本不變，不會(huì)產(chǎn)生附加沉降；本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)水泥土攪拌樁進(jìn)行了合理的確定,計(jì)算結(jié)果和實(shí)際工程建設(shè)驗(yàn)證了攪拌樁設(shè)計(jì)的合理性和可行性,實(shí)現(xiàn)了較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

【1】龔肖南.地基處理手冊(cè)（第三版）[K].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

【2】JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Basic Properties and Application of Cement-soil Mixing Pile

LIN Shao-song
(ChinaLightIndustryInternationalEngineeringCo.Ltd.,Beijing100026,China)

Thedesignprincipleofthecement-soilmixingpileisasfollows.Cement(orothersimilarmaterials,suchaslime)isusedascuring agent.Cementsuchasfoundationsoilandcuringagentsaremixedforciblyinsomedepththroughspecialmixingmachines,andthecement-soil pile with impermeability and certain intensity is formed after solidification,which will bear the upper load with the soil around.This paper expoundstheapplicationofthecement-soilmixingpileinactualprojects.Throughdesignandcalculation,andtheanalysisofthefieldtestresults, thereasonablefeasibilityofthemixingpileisproved.

mixingpile;replacementratio;compositefoundation

TU472.3

A

1007-9467（2016）10-0036-02

2016-09-28

藺少松（1980～），男，河北承德人，工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。