關于深層攪拌樁設計中存在的問題的探討

摘要 深層攪拌水泥土樁是應用較廣泛的一種地基處理工藝，由于深層攪拌法已較早地編入《建筑地基出來技術規范》JGJ79－91，加之深層攪拌水泥土樁在我國已有多年應用歷史，無論從作用機理還是設計理論、施工方法和檢測方法均進行了系統的研究，但是應用中大多考慮了該工藝的優點，而對其技術經濟指標、施工工藝、設計方法等方面所存在的問題，則缺乏足夠的認識，從而導致不合理至盲目應用的事例時有發生，有的造成了嚴重的質量事故。本文就作者對深層攪拌水泥土樁的工程實踐經驗對規范中深層攪拌水泥土樁的設計中存在的若干問題進行了思考，進而提出幾點改進意見。

關鍵詞 深層攪拌 水泥土樁 規范 設計

概述

深層攪拌水泥土樁在我國應用已有20年的歷史，先如今此項工藝的應用領域已有了很大的擴展，在路、鐵路、機場的軟弱地基加固，深基坑工程中的支擋防滲工程已有大量應用。

水泥土樁是介于剛性樁與柔性樁間具有一定壓縮性的半剛性樁，樁身強度越高，其特性越接近剛性樁；反之則接近柔性樁。樁越長，則對樁身強度要求越高。但過高的樁身強度對復合地基承載力的提高及樁間土承載力的發揮是不利的。為了充分發揮樁間土的承載力和復合地基的潛力，應使土對樁的支承力與樁身強度所確定的單樁承載力接近。通常使后者略大于前者較為安全和經濟。

深層攪拌法是指利用深層攪拌設備，在地基中就地將軟粘土(含水量超過液限、無側限抗壓強度低于0.005兆帕)和固化劑(多數用水泥漿)強制拌和，使軟粘土硬結成具有整體性、水穩性和足夠強度的地基土。所謂“深層”攪拌法是相對于“淺層”攪拌法而言的。20世紀20年代，美國及西歐國家在軟土地區修筑公路和堤壩時，經常采用一種“水泥土(或石灰土)”來作為路基或堤基。這種水泥土(或石灰土)是按地基加固需要的范圍，從地表挖取0.6～1.em厚的軟土，在附近用機械或人工拌入水泥或石灰，然后填回原處壓實，此即軟土的淺層攪拌加固法。深層攪拌法施工時，除深層攪拌機外，尚需起吊設備、固化劑制備泵送系統(灰漿攪拌機、灰漿泵、冷卻水泵、管道等)、控制操縱臺等設備。

1 深層攪拌樁設計中存在的問題

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120M50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f_sk=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》JGJ79－91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》GBJ7－89的有關規定確定。”由于經攪拌樁加固的復合地基與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》GBJ7－89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。

四樁體抗壓強度取值問題

《建筑地基處理技術規范》JGJ79－91中對樁體水泥土的設計抗壓強度的取值系采用室內試驗無側限抗壓強度平均值乘以0.35—0.50的折減系數。這個折減系數主要反映了室內試驗和現場工程樁之間的差異，而對安全度的考慮甚少。

2 深層攪拌樁施工中存在的問題

我國的深層攪拌樁施工監控系統不完善，鉆頭升降與供料系統非聯動操作，加上堵管等影響，單位樁長的供灰量不準確，常常造成沿樁長方向樁身強度過大的差異，不少樁身的芯樣不能成型，在收集到的100余根粉噴樁的抽芯檢測資料中，全樁樁身完整者僅3根，問題不容忽視。深層攪拌樁利用原位土拌合，既有優點，又存在弊端。由于水泥土的強度與土質的關系非常密切，同樣的摻入比，同樣的工藝在淤泥中和砂類土中的水泥土強度相差1倍以上。當樁穿越不同土層時，很難避免樁體強度的差異，這種差異處理不當時，往往造成不良后果。由于深層攪拌樁施工時對樁端土的處理不力，其端阻力僅能取樁端土承載力標準值的1／2左右，當樁端存在較好的土層時，也不能有效地加以利用，致使深層攪拌樁在很多情形下不如其他樁型優越。

3 檢測中存在的問題

復合地基及單樁承載力檢驗采用靜載荷試驗的方法。由于壓板尺寸的限制及樁身的可壓縮性，其影響深度不大，試驗結果不能完全代表加固深度范圍內復合土層及樁身質量的實際狀況。

結語

基于以上對深層攪拌水泥土樁應用中存在的問題提幾點建議在設計方面用于多層建筑地基處理時，可將樁徑縮小至φ350mm-φ400mm，同時增加水泥摻量，提高樁身強度。縮小了直徑的樁有利于發揮測阻力，可以保持較大樁距，減少群樁效應的折減，減少基礎寬度。在基礎與樁頂間設置100mm～300mm厚的砂石墊層，充分調動樁間土的承載力，同時避免樁頭破損。在深厚軟土區、墊層厚度可加大至500mm以上，利用墊層的擴散作用，加大軟土的受力面積，從而可將攪拌樁布置在基礎以外。此時樁距可加大至3d以上，減少群樁效應。此種措施在樁端持力層較軟弱時(即所謂懸浮樁)，可有效地減少沉降。

在施工方面，為了減少地基沉降，可將部分攪拌樁加長，最好打至較好的土層。在深層軟土中采用懸浮樁時，除增加墊層厚度外，宜將部分樁加長，這些加長樁的樁距宜大于4.5d。超長部分的樁測阻力將減少短樁樁端的附加壓力，減少沉降。樁體強度差異問題較難解決，可在不同土質中采用不同的水泥摻入比的方法縮小樁體強度差異，如在淤泥中噴攪時的水泥用量可大于砂類土中的用量，但在實際施工時較難準確控制。攪拌樁樁體強度不高，在荷載作用下樁身壓縮量較大導致樁端阻力不能充分發揮。因此，在改進施工工藝設備時，宜同時提高樁體強度。攪拌樁樁身質量及完整性的檢測，應研制檢測設備。在目前的水平下，建議以單樁靜載試驗為主，可輔以挖開及鉆芯檢查，鉆芯結果只能作為參考，不能作評定依據，現場水泥土強度檢驗，最好挖開樁頭及樁頭以下一定深度，人工取樣進行立方體抗壓強度試驗。

參考文獻：

1 《建筑地基處理技術規范》JGJ79－91，北京：中國計劃出版社，1992

2 閻明禮主編，地基處理技術，北京：中國環境科學出版社，1996

3 王朝東，陳靜曦，關于水泥攪拌樁有效樁長的探討，巖土力學，199617(3)：43－47