水泥土攪拌樁在地基加固工程中的應用

成　琪

(晉城市建筑設計院，山西 晉城　048000)

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水泥土攪拌樁在地基加固工程中的應用

成琪

(晉城市建筑設計院，山西 晉城048000)

分析了水泥土攪拌樁復合地基的加固原理，探討了土體的質量、水泥及外摻劑對樁體質量的影響，通過復合地基計算、地基變形計算兩方面介紹了水泥土攪拌樁在地基加固工程中的應用，總結了水泥土攪拌樁的應用特點。

水泥土攪拌樁，復合地基，地基承載力

1　水泥土攪拌樁復合地基加固原理

水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑，采用特制的深層施工攪拌機械鉆入基礎以下被加固軟土的預定深度時，施工機械開始壓入水泥或水泥漿，經過鉆頭葉片旋轉，使水泥或水泥漿與地基軟土充分攪拌均勻，同時緩慢提升鉆頭形成柱狀加強體。水泥中的硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等經水化、水解反應生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵鋁酸鈣等化合物，泥土中含有大量的二氧化硅、三氧化二鋁與水泥水化生成的氫氧化鈣發生離子交換反應形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣，這些化合物凝結硬化后使軟土形成整體性強、水位定性好、密度明顯增大且具有一定強度的圓柱樁體。水泥土攪拌樁屬于柔性樁，單樁承載力受樁身強度限制，最高單樁承載力特征值不應超過樁身抗壓強度的0.20倍～0.25倍。

水泥土攪拌樁復合地基是由水泥土攪拌樁、樁間土、褥墊層和基礎一起共同工作，水泥土攪拌樁復合地基的形成關鍵就在于設置褥墊層，褥墊層是由粒狀材料組成的散體墊層，基礎下設置褥墊層后，在豎向荷載作用下，樁和樁間土發生豎向沉降變形，由于水泥土攪拌樁的變形模量比土的變形模量大得多，水泥土攪拌樁的變形比樁間土豎向沉降變形小，但是水泥土攪拌樁頂應力比樁間土表面應力大。水泥土攪拌樁端選擇承載力相對較高的持力層，水泥土攪拌樁將會產生向上刺入變形，在這一變形過程中褥墊層材料不斷調整充填至樁間土，保證水泥土攪拌樁與樁間土在任何時候均為同時受力，水泥土攪拌樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞，樁間土壓縮變形對水泥土攪拌樁產生負摩阻力，樁間土將荷載通過負摩阻力傳遞至樁身，由于負摩阻力的存在樁間土的承載力可提高，減少復合地基土層的豎向沉降變形。

2　影響樁體質量的因素

2.1土體的質量

泥炭土、有機物含量大于5%和pH值小于4的酸性土不利于水泥與土顆粒的化學反應，可能發生不凝固或后期崩解，影響樁身后期強度增長。土層的天然含水量不大于30%時，水泥不能充分進行水化反應影響樁身強度。黏土塑性指數Ip>25時，攪拌頭上形成泥團，隨攪拌頭轉動，攪拌不均勻影響樁身強度。

2.2水泥及外摻劑

水泥強度等級提高水泥土強度越高；水泥摻入量加大，水泥土強度提高；不同的外摻劑對水泥土強度提高影響各有不同。

3　地質概況

工程地質概況：本工程為高平市錦澤苑小區，地上6層,地下1層，磚混結構，本場區屬于河流沖積平原地貌單元，主要地層巖性及物理力學指標如下：第①層素填土平均厚0.95 m，主要以耕土為主，含少量煤屑、磚屑。第②層粗砂平均厚2.69 m，砂巖顆粒為主，級配差,地基承載力特征值fak=150 kPa，樁周極限側阻力標準值qs=60 kPa，壓縮模量為7 MPa。第③層淤泥質粉質粘土平均厚10.32 m，灰黑色，軟塑～流塑，地基承載力特征值fak=100 kPa，樁周極限側阻力標準值qs=24 kPa,壓縮模量3.5 MPa。第④層粉質粘土平均厚5.15 m，灰黃～褐黃，可塑～軟塑，地基承載力特征值fak=130 kPa，樁周極限側阻力標準值qs=40 kPa,壓縮模量為4.5 MPa。第⑤層角礫平均厚2.39 m，稍密～中密，地基承載力特征值fak=170 kPa，樁周極限側阻力標準值qs=80 kPa,壓縮模量為10 MPa。第⑥層碎石平均厚2.42 m，稍密～中密，地基承載力特征值fak=190 kPa，樁周極限側阻力標準值qs=80 kPa,壓縮模量為12 MPa。

4　設計計算

本工程地下水位為現狀地坪以下2 m,基礎持力層選第②層粗砂層，基礎采用筏板，基底壓力為120 kPa,粗砂層承載力滿足，下臥層第③層淤泥質粉質粘土層承載力不滿足，總地基變形不滿足需進行地基處理。場地北面為居民區應減小振動及噪聲污染，綜合考慮造價和噪聲等影響，采用水泥土攪拌樁進行地基處理。根據《地質報告》中土層分布選第④層粉質粘土層作為樁端持力層，按照《建筑地基處理技術規范》中第7.1.5-2，7.1.5-3，7.1.6-1和7.3.3公式進行復合地基計算。

fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk

(7.1.5-2)

(7.1.5-3)

fcu≥4λRa/Ap

(7.1.6-1)

Ra=ηfcuAp

(7.3.3)

公式中各符號的意義參考《建筑地基處理技術規范》。

基礎采用筏板正方形布樁，樁徑選500 mm，樁距1 500 mm，預估樁長13 m，室內配比試驗水泥土強度fcu=6 MPa,褥墊層采用碎石墊層,褥墊層厚度200厚,上述參數及地質報告中土層承載力特征值代入上述公式中計算，第②層粗砂層處理后fspk=220 kPa，下臥層第③層淤泥質粉質粘土處理后fspk=190 kPa，滿足設計要求。

5　地基變形設計

水泥土攪拌樁復合地基的沉降變形為褥墊層的壓縮變形，加固范圍的土層沉降變形和樁端以下土層的沉降變形之和。褥墊層的變形量很小，可以忽略不計，水泥土攪拌樁復合地基的沉降變形量按《建筑地基基礎設計規范》中第5.3.5條公式計算。

公式中各符號的意義參考《建筑地基處理技術規范》，經驗算基礎平均沉降量為150 mm，滿足規范要求。

6　結語

水泥土攪拌樁復合地基是由水泥土攪拌樁、樁間土、褥墊層和基礎一起共同工作，形成整體受力，變形協調的共同體。由于水泥土攪拌樁樁身強度低，對地基承載力提高有限，更適用于軟土地區的多層結構。水泥土攪拌樁同時還具有施工方法簡單，機械化程度高，施工速度快，經濟效益顯著等特點。

[1]GB 50007—2011，建筑地基基礎規范[S].

[2]JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規范[S].

On application of cement mixing piles in foundation consolidation projects

Cheng Qi

(JinchengArchitecturalDesignInstitute,Jincheng048000,China)

The paper analyzes the consolidation principle for the composite foundation of cement mixing piles, explores the influence of earthwork quality, cement and addictive agents on the quality of piles, introduces the application of the piles in the foundation consolidation projects from the calculation of composite foundation and foundation deformation calculation, and sums up the application features of the cement mixing pile.

cement mixing pile, composite foundation, foundation loading capacity

1009-6825(2016)08-0103-02

2016-01-10

成琪(1979- )，男，工程師

TU472.36

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