水泥土攪拌樁復合地基設計施工常見問題剖析

曾穎昊

中國輕工業廣州工程有限公司 廣東 廣州 511447

水泥土攪拌樁利用水泥或石灰等材料為膠凝劑（廣東等沿海地區多采用水泥為主），通過專門的攪拌機械，將表層軟土和膠凝劑強制攪拌，使軟土硬化成整體性、水穩定性和強度均較好的水泥加固土，從而提高地基土的承載力及壓縮（變形）模量，以達到滿足地基承載力或變形控制的要求。按膠凝劑的摻入狀態的不同，水泥土攪拌樁主要可分為“濕法”和“干法”兩種[1]，“濕法”也叫漿液攪拌法[2]，是沿海軟土地基普遍采用的方法。

水泥土攪拌樁應用較為成熟，常用作地基軟基加固主要方式，尤其是工業廠房等地坪地基、場地道路的處理具有很大應用空間，但是，其設計和施工時需充分熟悉了解地勘揭示的地質情況下，結合當地經驗合理設計及計算才能較好達到其預期效果，以下主要是常見的設計施工問題的總結及剖析。

1 水泥土攪拌樁的適用問題

根據《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2012[1]（以下簡稱“地處規”）第7.3.1條，適用于處理正常固結的淤泥、淤泥質土、素填土、黏性土（軟塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉細砂（松散、中密）、中粗砂（松散、稍密）、飽和黃土等土層。不適用于含孤石或障礙物較多且不易清除的雜填土、欠固結的淤泥和淤泥質土、硬塑及堅硬的黏性土、密實的砂類土、以及地下水滲流影響成樁質量的土層。但是，濱海地區表層都有以淤泥或淤泥質土，有的往往還深達20～30多米，其是否均可使用此處理方法是擺在工程師面前首要考慮的問題，具體設計中又應注意其哪些問題。

水泥土攪拌樁設計前，應充分研讀地勘資料和理解攪拌樁的適用類型，不能簡單的看到有淤泥、淤泥質土層即采用攪拌樁復合地基方案。硬殼層下的淤泥與上覆新近填土的濱海灘涂淤泥，兩者有本質的區別，前者往往堆積時間較久，已經完成自重固結，采用水泥土攪拌樁處理能收到較好的效果，而后者則未完成自重固結，本身還存在樁間土固結沉降產生的負摩阻力，不僅不能提供樁體側摩阻力，還作為附加內力（類似于樁基礎設計中的負摩阻力的影響）降低了樁體有限的承載力。

當淤泥的Ip值大于22時，常規的攪拌工藝難于保證攪拌質量，經常出現串漿、攪拌不均等質量事故，更應限制其使用。由于軟土層較厚，攪拌樁限于施工技術及施工單位成本考慮等因素，施工時攪拌樁往往未穿透軟弱層到達下臥強度較高的土層，造成“懸樁”[2]。故而如果簡單的將水泥土攪拌樁復合地基用作處理淤泥或淤泥質土，會造成一定的安全隱患。

2 攪拌樁承載力計算相關參數取值和注意事項

2.1 水泥土攪拌樁單樁承載力特征值計算

根據“地處規”[1]式7.3.3，攪拌樁單樁豎向承載力特征值為：

計算用的fcu取值主要用于設計階段的取值，針對的是實驗室標準養護下的試塊，可在設計前進行試配用于指導設計，此時的齡期應為90d。靜載試驗和鉆芯取樣抗壓強度檢驗均為針對攪拌樁處理地基質量檢驗階段進行的，其齡期標準為28d。兩者之間齡期差異是針對不同階段而言，實際操作中，現場實際可以按28d甚或14d進行樁驗收檢測。實際上，往往現場施工進度緊，檢測齡期要求較長也無法滿足施工進度要求，為了加快檢測進度又能保證檢測結果能夠滿足設計要求，不同的齡期之間可進行一定變換。

對于淤泥土層，不同齡期間關系換算[1][2][3]可按如下公式：

其余非規范標準齡期同樣可采用線性插值，提供實際檢測值要求時，偏于安全地，fcu90系數盡量取高值，以確保后期90d齡期結果能滿足計算要求。

2.2 面積置換率的計算和和水泥土強度的控制

根據“地處規”[1]第7.6.2及7.1.5條，水泥土攪拌樁復合地基的地基承載力特征值為：

隨著經濟的發展和社會的進步，人們的生活水平不斷地提高，人類平均壽命普遍延長，老年人口所占的比例越來越大，老年患者數量顯著增加[1]，面對日益增加的老年人口醫療需求，不僅要提升老年醫學臨床醫師的診療水平及臨床研究，同時需要完善醫學生培養模式以培養出時代所需的應用型人才。

因為在地質情況是客觀存在的，式4中λ、fsk、β值沒有太多選擇余地，按規范要求取值即可，我們設計中主要是通過確定和m兩個參數來實現工程設計地基承載力要求的，其中m為面積置換率，是攪拌樁設計中至關重要的參數，置換率取值過小，地基處理效果有限，不能很好的發揮水泥土的作用，取值過大，則不經濟，造成浪費，m 體現在實際設計中即為攪拌樁樁距控制；可理解為水泥加固土壓強（樁單位面積承載力），根據式1可見，值主要通過水泥土強度fcu取值控制來決定，如水泥土強度不足，則地基處理后其承載力有限，不能滿足工程要求，如取值過大，實際施工往往又無法達到，增加后期實施風險。

根據以上分析，結合以往項目經驗，具體設計中主要控制如下兩點：（1）在樁徑選用500mm情況（一般攪拌樁直徑不低于500）下，樁矩控制在S1=s2＜1500以下為宜，當為正方形布置時(如圖1所示)，此時能夠保證地基處理面積置換率m不低于0.087；（2）水泥土強度fcu控制：當為淤泥或淤泥質土時，fcu控制在1.8～2.2之間，當為粉土或粘土時，可以控制到2.2以上，對于水泥土強度控制，應根據試驗確定其水泥摻量，設計時可以先跟據經驗給定一個初步摻量，并明確最終應通過現場或室內實驗確定。

圖1 攪拌樁布置示意

3 水泥土攪拌樁復合地基變形計算的相關問題的理解

在工業建筑設計中，經常采用水泥土攪拌樁復合地基處理廠房內地坪或廠區道路，其主要目的往往并不是解決地基承載力的問題，更多的是為了提高上部軟弱土層變形模量或壓縮模量，從而減少其地基變形沉降。

復合地基變形計算方法采用與天然地基相同的分層總和法[1][4]計算，在此不展開敘述，其主要區別在于壓縮模量的取值，關于復合地基壓縮模量的計算，02版《建筑地基處理技術規范》[5]（以下簡稱”舊規”）及廣東省地方標準《建筑地基處理技術規范》DBJ/T15-38-2019[6]（以下簡稱“省地處規”）采用置換率對壓縮模量進行換算：

此式其概念清晰，容易理解，沉降值控制計算結果較容易滿足業主要求。而“地處規”關于壓縮模量的計算采用的則是與地基承載力相關的提高系數法，按“地處規”第7.1.7條：

據此，復合地基承載力特征值大小直接影響最終地基變形結果，變形控制間接的通過控制地基承載力來實現，其壓縮模量計算結果明顯小于按“舊規”和“省地處規”計算結果，其沉降計算值偏于保守，筆者認為“地處規”采用此方法計算的目的主要是地基承載力能夠通過檢測試驗明確，方便通過施工檢測驗收來確定處理效果。工程技術人員設計時應對其有清晰的認識和理解，對于其沉降值計算控制可采用式5復核計算與式7對比后綜合考量后判斷。

4 實例計算分析驗證

以下通過以往一個工程實例計算以驗證以上論述：

廣東某濱海地區物流項目擬采用攪拌樁地基處理地坪地基，地基平均壓力為30kPa，準永久值系數為按0.5，其主要地質參數資料，見表1。

表1 土層參數表格

水泥土攪拌樁采用D550直徑，樁距1.2mx1.2m正方形布置，置換率m=0.165，經對比計算，其單樁承載力特征值Ra=131kN；

按式4計算其復合地基承載力特征值為fspk=111kPa；

按式6計算：ζ=1.376。

據此分別按未處理天然地基[4]、“地處規”[1]、“省地處規”[6]計算沉降值，其結果見表2。

表2 不同的情況及計算方法沉降值計算結果

根據表2數據表明，按“省地處規”或“舊規”計算的結果要遠遠小于按“地處規”計算的結果，處理后沉降計算值降低較為顯著，如需按“地處規”計算，則需要將ζ值控制得較大時地基沉降處理計算值才顯著降低。

5 褥墊層的設計與施工

攪拌樁設計和施工均應足夠重視基礎和水泥土攪拌樁之間褥墊層的作用，應明確給出褥墊層做法要求。“地處規”[1]第7.3.1條第6款：水泥土攪拌樁復合地基宜在基礎和樁之間設置褥墊層，厚度可取200～300mm。褥墊層材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm，褥墊層的夯填度不應大于0.9。

我們應重視褥墊層的“媒介作用”，褥墊層是水泥土攪拌樁與樁間土協同工作的重要橋梁：當褥墊層厚度較小（如不大于200mm），樁間土承載力發揮程度很低，類似樁基地基受力形式，但其剛度要遠小于樁基；而褥墊層厚度較大（如大于500mm）時，樁間土承載力發揮程度很高，壓縮變形量較大，接近普通天然地基受力形式。故褥墊層厚度的取值取決于建筑物的容許變形和對樁體和樁間土承載發揮程度的期望。褥墊層厚度控制宜根據樁承載力和樁間土的軟硬程度合理取值，設計同時需強調褥墊層夯填度（不大于0.9）的要求，其做法見圖2。

圖2 水泥土攪拌樁地基處理大樣

6 結論

（1）水泥土攪拌樁設計時應充分熟悉了解其地質情況，判斷其適用情況，以確定攪拌樁設計可行性；

（2）設計時，充分理解水泥土攪拌樁計算參數，應合理取值，取值合理往往決定設計成果的合理可靠性，直接影響后續施工進度、質量控制及成本控制;

（3）工業建筑領域，攪拌樁處理地基常用作地坪和廠區道路減沉為主，設計時應重點關注其處理后的壓縮模量或變形模量值;

（4）攪拌樁地基處理設計和施工要充分利用好褥墊層的“媒介作用”，褥墊層也是發揮地基處理成果的關鍵一環。