深層水泥攪拌樁在應用中存問題的探討

【摘要】深層水泥攪拌樁是應用較廣泛的一種地基處理工藝，但因對施工工藝和設計方法缺乏足夠的認識，以致造成了不必要的質量事故。本文就作者對深層水泥攪拌樁在實際應用中存在的若干問題進行了思考，提出幾點改進意見。

【關鍵詞】水泥攪拌樁；設計；施工；檢測

水泥攪拌樁是以樁的形式對軟土地基進行補強，使補強樁體與天然地基共同組成承載力較高、壓縮性較低的復合地基，同時土中高應力區增大，從而提高了地基的承載力。攪拌樁技術在20世紀50年代初起源于美國，稱為 MIP工法：瑞典于1967年開始研制石灰粉噴攪拌法：1953年日本從美國引進水泥攪拌樁技術。我國自1984年在我國投入批量生產后，并在市政、建筑、交通、水利等方面得到普遍應用。但是，目前水泥攪拌樁在軟弱土基中的處理中，在設計、施工、檢測等方面中還是存在一定的問題。

一、設計中存在的問題

1.1 復合地基承載力取值問題

設計人員盲目將軟土地區深層攪拌水泥土樁復合地基承載力取值大于200kpa，這是不妥當的。由于水泥土樁的變形模量一般為其無測限抗壓強度的50倍，高達100MPa以上，其應用的環境又為軟土，因此樁土模量比大多超過50，規范中規定按樁基的設計原理計算單樁承載力是合理的。但是，如前所述，由于單樁承載力很小，在軟土中要取得較理想的復合地基承載力，只得采取增加樁數，即加大置換率的辦法。由于φ500mm的深層攪拌樁的單樁承載力多在80～130kN之間，很少超過150kN，若取R=-140kN，樁間土承載力標準值fsk=120kpa，樁間土承載力折減系數β=0.5，復合地基承載力標準值取200kpa，則可由規范中的復合地基承載力公式求出面積置換率m=0.214。若采用正方形布置，則樁距小于2倍樁徑，給布樁帶來困難。

1.2 群樁效應問題

由于單樁承載力較小，為得到較高的復合地基承載力，樁中心距常常接近2倍樁徑。多數情況下深層攪拌樁為摩擦樁或端承摩擦樁，其側阻力的群樁效應問不容忽視，實際上群樁大多是塊體深基礎形態。 設計人員通常認為復合地基不同于樁基礎，多以就往往忽略了對實體基礎下的地基土強度驗算。另外，工程設計人員也極少要求進行多樁復合地基靜載荷試驗，絕大多數的工程往往只進行單樁符合地基靜載荷試驗，所以設計中的失誤常常在事故發生才表現出來。

1.3 沉降計算問題

《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2012中規定：“……樁端以下未處理土層的壓縮變形值可按國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011的有關規定確定?！庇捎诮洈嚢铇都庸痰膹秃系鼗c樁端以下未經處理土層兩者剛度相差很大，不能采用均質體應力分布來計算樁端土的附加應力，而應該采用深度相當于樁端深度的剛性實體基礎來按《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011規定計算樁端以下未經處理土層的壓縮變形。否則，將導致低估樁端附加應力，當樁端土層壓縮性較高時，計算得出的樁端以下土層的壓縮變形值將明顯偏小。對此，設計人員容易疏忽大意，因此而發生的工程事故較為普遍。

1.4 水泥摻量問題

主要存在個別設計人員對水泥土的強度認識不深，對水泥土強度的設計值的要求數據隨意性較大，缺乏水泥土強度跟土的顆粒含量、含水量以及水泥摻量存在著密切相關關系。如對同樣的地質條件同樣的水泥摻量，有的同志設計值要求為1.5MPa，有的提1.0 MPa，有的提0.5 MPa，隨意性較大，也很不科學。正確的設計方法是：一、鉆取地基中的軟弱土基土樣，做室內各種水泥摻量的配比試驗，根據配比試驗按照設計強度要求選擇合適的水泥摻量；二、如果由于時間、投資的關系無法進行室內配比試驗的，應對相近的工程地質條件的水泥土試驗成果進行對比，以選擇合適的設計參數。

1.5 設計齡期問題

水泥土強度隨著齡期的增長而增大，一般在齡期超過28天后仍有明顯增加，當齡期超過三個月后，水泥土強度的增長才減緩，因此，《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2012才規定以90天齡期作為水泥土的標準強度。根據一直以來的施工實踐，一般在28天齡期進行開挖并開始施加上部荷載，從工程的安排及實施效果來看，當上部建筑物施工完畢，一般已經超過90天，故其齡期能夠滿足工程的要求。

二、施工現場處理問題

目前一般采用攪拌樁進行地基處理的水利工程，工程地質條件均較差，為了滿足樁機施工工作面的要求，一般設計均提出鋪設0.5m厚的鋪砂層作為工作面，但是，這個厚度在很多地質條件特別差的地方，應進行增大才能滿足施工設備的要求。所以鋪砂層的厚度問題不應該僵化，應該按照實際情況進行確定，建議一般設計可以將鋪砂層的厚度按照1～2.0m進行設計，不僅能滿足施工工作面的要求，同時也有利于上部樁身的強度發展以及提高整個復合地基的承載力，有利于提高工程的安全度。另外，根據實踐，水泥土樁處于地下水中相比于處于周邊含水量很少的環境，其強度提高速度低了很多，從有利于樁的早期強度發展的角度出發，建議應在基坑周邊設置降水井，降低地下水。這一點，設計人員很少考慮，施工單位一般也沒有注意到。

三、質量檢測問題

根據規范，水泥攪拌樁的檢測項目有7天N10輕便觸探、28天抽芯并室內試驗和現場靜載試驗，有條件的還開展28天樁頭足尺無側限抗壓強度試驗，但是，對于抽芯試驗結果，從梅溪橋閘到東里橋閘等工程，其強度高于、低于設計強度值均有，對浸泡于水下的樁頭的7天N10輕便觸探全部不能滿足要求，因此，如何評定樁基礎合格，規范并沒有明確的規定，參考其它類型樁基礎，一般建議將靜載試驗的成果作為最終的地基合格與否的標準，從幾個大型橋閘的實踐上來看，是合適的。

深層水泥攪拌樁加固軟土地基在工程中應用的成敗，不僅取決于上述幾個方面的問題，還取決于試驗、施工、檢查等各方面的因素，更不能簡單地在圖上畫樁位，提一些簡單的要求了事，還要綜合考慮各種因素，合理采用各種物理參數，使之既合理又經濟，以利于處理好軟土地基。

作者簡介：林嘉斌，男，（1982.11—），廣東潮陽人，畢業于武漢大學，本科，工程師 ，主要從事水利工程質量監督。