水泥土樁復(fù)合地基技術(shù)探究

厲頔

[摘要]：水泥土樁作為一種地基加固技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，尤其與地基土構(gòu)成的水泥土樁復(fù)合地基在工程中應(yīng)用十分廣泛。 本文介紹了在水泥土樁復(fù)合地基研究領(lǐng)域中所取得的成果。

[關(guān)鍵詞]： 水泥土樁；復(fù)合地基；承載力

[引言]：自20世紀(jì)70年代末、80年代初水泥土樁施工機(jī)械研制成功并應(yīng)用于工程以來(lái)，由于水泥土樁加固軟土技術(shù)具有如下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：可最大限度地利用地基土，并且施工時(shí)沒(méi)有地基土的側(cè)向擠出，對(duì)原有建筑物的影響較小，可在建筑物密集的地方進(jìn)行施工；可根據(jù)地基土性質(zhì)的不同，合理選擇固化劑及其配合比，設(shè)計(jì)比較靈活；施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、噪音和污染；可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等形式加固地基；土體加固前后重度相差不大，基本不會(huì)由于水泥土樁的設(shè)置而對(duì)軟弱下臥層產(chǎn)生附加應(yīng)力（沉降）；與其他方法相比，造價(jià)低廉，工期較短。因而在建筑工程建設(shè)中得到了迅速而廣泛的應(yīng)用。

1. 水泥土的物理力學(xué)性質(zhì)

水泥土物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)泥土樁的承載與變形性能有著較大的影響，水泥土是水泥與土組合而成的一種人工復(fù)合材料，與單一材料相比，其物理、力學(xué)性質(zhì)有著特殊性與復(fù)雜性。

1.1水泥土的重度

水泥土重度比原狀土重度略有增加，但總體相差不大，水泥土的重度一般僅比天然軟土的重度大約3.0%-4.5%。同時(shí)，原狀土含水量高，則水泥土含水量也高，水泥土含水量高，則水泥土的密度小。由于水泥土在硬凝過(guò)程的水泥水化等反應(yīng)，使部分自由水以結(jié)晶水的形式固定下來(lái)，所以水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，水泥土含水量比原土樣含水量減少0.5%-7.0%，且隨水泥摻入比的增加而減小。

1.2水泥土的強(qiáng)度

水泥土抗壓強(qiáng)度及其變形模量受水泥摻入比、被加固土含水量和有機(jī)質(zhì)含量、水泥標(biāo)號(hào)與種類(lèi)、養(yǎng)護(hù)齡期與方式、圍壓以及水泥土試件的尺寸與形狀等多種因素影響。水泥土強(qiáng)度隨水泥摻入比增加而提高，但其強(qiáng)度增幅隨水泥摻入比增加而減小，當(dāng)水泥摻入比為5%-30%時(shí)，水泥摻入比每增加3%-5%，強(qiáng)度增幅約在3.5（低水泥摻入比）-1.1倍（高水泥摻入比）之間變化。水泥土強(qiáng)度隨被加固土含水量的增加而減小，當(dāng)被加固土中含有有機(jī)質(zhì)成分時(shí)，水泥土強(qiáng)度將降低，且有機(jī)質(zhì)成分愈高，水泥土強(qiáng)度降低愈多。

2.水泥土樁及其復(fù)合地基力學(xué)性質(zhì)

國(guó)外對(duì)水泥土性質(zhì)、水泥土樁復(fù)合地基強(qiáng)度增長(zhǎng)機(jī)理和應(yīng)力分布以及水泥土樁處理液化地基等問(wèn)題，都進(jìn)行了較為深入的分析研究。對(duì)水泥土的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了直剪試驗(yàn)研究，指出水泥土抗剪強(qiáng)度隨水泥摻入比的增加而增大；室內(nèi)外試驗(yàn)研究表明，水泥漿攪拌樁施工過(guò)程中，樁周粘性土在漿液壓力和葉片旋轉(zhuǎn)剪切作用下，將產(chǎn)生超孔隙水壓力，并出現(xiàn)豎直或水平向裂縫，這些裂縫的存在，可加速軟粘土固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)；在進(jìn)行了大尺寸模型試驗(yàn)研究后認(rèn)為，對(duì)樁體強(qiáng)度較高的復(fù)合地基，樁體在工作荷載下處于彈性狀態(tài)，并且在樁土等應(yīng)變受力過(guò)程中，樁間土荷載不斷向材料模量大的樁體轉(zhuǎn)移，利用樁承擔(dān)更多的土所不能承擔(dān)的荷載，起到了較好的加固效果。

3.水泥土樁復(fù)合地基承載力

根據(jù)規(guī)范提供的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)實(shí)測(cè)，是目前工程中確定水泥土樁復(fù)合地基承載力的兩種主要途徑。前者常用于初步設(shè)計(jì)時(shí)的承載力估算，而后者則既可為設(shè)計(jì)承載力提供直接的依據(jù)，又可作為檢驗(yàn)復(fù)合地基（或工程樁）施工質(zhì)量的一種手段。

根據(jù)靜載荷試驗(yàn)資料確定復(fù)合地基承載力，目前主要采用轉(zhuǎn)折點(diǎn)法和相對(duì)沉降量法。當(dāng)靜載荷試驗(yàn)所得p-s曲線有明顯拐點(diǎn)時(shí)，可采用轉(zhuǎn)折點(diǎn)法確定復(fù)合地基承載力。但對(duì)于水泥土樁復(fù)合地基，很多情況下p-s曲線比較光滑平緩而并不出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，此時(shí)則常采用相對(duì)沉降量法，即以沉降量控制復(fù)合地基承載力，由于控制承載力的復(fù)合地基沉降量與載荷板尺寸有關(guān)并隨載荷板尺寸增大而增大，因此樁間距越大，載荷板尺寸越大，得到的承載力也就越大，這顯然是不合理的。 國(guó)外學(xué)者提出了“回彈法”確定復(fù)合地基承載力，即取靜載荷試驗(yàn)所得p-s曲線（壓縮曲線）上與回彈量相等的沉降（變形）值所對(duì)應(yīng)的荷載作為復(fù)合地基承載力，通過(guò)工程實(shí)例分析，指出雖然用該法確定復(fù)合地基承載力偏于保守，但比較適用于由于樁或樁間土的某些不良因素而存在缺陷的情況。

4. 水泥土樁復(fù)合地基沉降

復(fù)合地基沉降包括三部分：褥墊層變形、加固區(qū)變形和下臥層變形。實(shí)際工程中由于褥墊層厚度一般較小（10-30 cm），且在施工前已壓密，所以該部分變形可忽略不計(jì)。

復(fù)合地基沉降量通常可以采用實(shí)用計(jì)算方法，Boussinesq和Mindlin聯(lián)合求解法和有限單元法計(jì)算。實(shí)用計(jì)算法公式簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便，在計(jì)算加固區(qū)和下臥層壓縮量時(shí)有多種不同的方法，但各種方法在準(zhǔn)確確定其相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)如樁土應(yīng)力比、樁底刺入下臥層的刺入量、加固區(qū)壓力擴(kuò)散角以及等效實(shí)體側(cè)面摩阻力時(shí)，實(shí)際存在較大困難，仍需通過(guò)不斷的工程實(shí)踐加以摸索與總結(jié)。Boussinesq和Mindlin聯(lián)合求解法，考慮了作用在半無(wú)限體表面與內(nèi)部的荷載引起的土中應(yīng)力的不同，就土中附加應(yīng)力而言更接近工程實(shí)際，但該法計(jì)算公式煩瑣，且在確定樁土分擔(dān)荷載、樁側(cè)摩阻力分布規(guī)律與大小時(shí)也存在較大難度。

5.結(jié)語(yǔ)

水泥土樁作為一種軟土地基處理與加固方法并具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在工程特別是高速公路工程中的應(yīng)用已越來(lái)越多，水泥土樁復(fù)合地基也因此成為巖土工程工作者所關(guān)注的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)問(wèn)題之一。目前，盡管對(duì)剛性基礎(chǔ)下的水泥土樁復(fù)合地基中的很多問(wèn)題還需作進(jìn)一步深入分析與研究，但對(duì)此條件下的水泥土樁荷載傳遞規(guī)律、樁土應(yīng)力比以及復(fù)合地基承載力與沉降等已有了初步的認(rèn)識(shí)與了解，基本形成了復(fù)合地基強(qiáng)度與變形的理論框架并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。對(duì)于柔性基礎(chǔ)條件下的水泥土樁復(fù)合地基，由于工程與理論研究的起步較晚和難度較大，因此對(duì)此條件下的樁土相互作用規(guī)律、復(fù)合地基強(qiáng)度與變形設(shè)計(jì)計(jì)算理論等還需通過(guò)大量的工程實(shí)踐與理論研究，逐步認(rèn)識(shí)與掌握。

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