【摘 要】 本文對(duì)水泥土攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行了論述，通過對(duì)它的適用范圍、加固原理、設(shè)計(jì)方法及注意事項(xiàng)的討論，使水泥土攪拌樁復(fù)合地基在滿足承載力及變形要求的前提下，更合理、更經(jīng)濟(jì)、更有效。

【關(guān)鍵詞】 水泥土攪拌樁；適用范圍；設(shè)計(jì)原則

前言：

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，新興建筑荷載不斷增大，地基的承載能力、變形大小逐漸滿足不了要求。而在工程實(shí)際中，擬建項(xiàng)目常常會(huì)位于歷史上曾是河、塘或是曾經(jīng)有過大范圍人工填土的地段，這些地段的土層很難滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求，這就需要對(duì)天然地基進(jìn)行有效的加固改良，形成人工地基，以滿足建（構(gòu)）筑物對(duì)地基的要求。地基處理方法多種多樣，本文僅對(duì)其中的水泥土攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行論述。

1.適用范圍

水泥土攪拌樁復(fù)合地基是利用水泥等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基土強(qiáng)度和增大變形模量，滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求。該方法適用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、黏性土、粉土、粉細(xì)砂、中粗砂、飽和黃土等。不適合處理土層中含有塊石或較多其他障礙物的土層。通常情況下，當(dāng)土層的天然含水量小于30%時(shí)，適合用漿體固化劑，即濕法進(jìn)行施工。

該方法常常用在如下類型的工程處理上：有大面積堆載的廠房地面，例如鋼廠的加工車間、電廠的儲(chǔ)煤庫(kù)等；基礎(chǔ)作用在不利土層上的建（構(gòu)）筑物地基；作為深基坑的止水帷幕。

2.優(yōu)、缺點(diǎn)

2.1優(yōu)點(diǎn)：

2.1.1將天然土層中的原有軟土和人工固化劑就地?cái)嚢杌旌暇鶆颍沟鼗械脑熊浲翆拥玫搅顺浞值睦谩?/p>

2.1.2由于施工時(shí)采用攪拌葉片強(qiáng)制切土，不會(huì)像預(yù)制樁體等入土?xí)r對(duì)周圍土體產(chǎn)生擠壓作用，所以對(duì)周圍環(huán)境尤其是鄰近的建構(gòu)筑物影響比較小。

2.1.3與鋼筋混凝土預(yù)制樁或灌注樁相比較，水泥土攪拌樁不需要使用鋼筋，僅采用水泥即可，造價(jià)相對(duì)低廉。

2.1.4施工機(jī)械簡(jiǎn)單，易操作，并且由于有固定尺寸的攪拌葉片，樁體直徑能夠得到保證。

2.2缺點(diǎn)

2.2.1攪拌機(jī)械的攪拌能力有限，對(duì)于土層承載力大于120kPa的黏性土和粉質(zhì)土地基不太適用。

2.2.2由于施工時(shí)需要采用攪拌葉片對(duì)原有土體進(jìn)行攪拌，會(huì)破壞原有土體的結(jié)構(gòu)和組成，一旦施工質(zhì)量達(dá)不到要求，不僅不能提高地基的承載力，甚至可能比原有承載力還有所降低，尤其是對(duì)原有地基土承載力本來(lái)就相對(duì)較高的土層。

3.加固機(jī)理

3.1水泥的水解和水化反應(yīng)。當(dāng)水泥漿或水泥粉注入土體后，水泥顆粒表面的礦物很快與土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物。而所生成的氫氧化鈣、含水硅酸鈣等化合物又在水中溶化，使水泥顆粒內(nèi)部接觸水后繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而在水泥顆粒表面形成結(jié)晶體，這些結(jié)晶體包裹在水泥顆粒表面，形成膠體。

3.2“水泥桿菌”。水泥中含有微量的硫酸鈣（CaSO4），它與鋁酸三鈣一起與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種特殊的化合物，這種特殊的化合物稱作“水泥桿菌”。水泥桿菌對(duì)于高含水量的土質(zhì)強(qiáng)度增強(qiáng)作用明顯。

3.3土顆粒與水泥水化物的相互作用。水泥顆粒與土中的水發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)后，不斷生長(zhǎng)、延生的不溶于水的晶體交織在一起形成空間性狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也就是我們常說(shuō)的水泥骨架。除此之外，另有一部分水泥化合物則與其周圍的具有一定活性的土顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使水泥土的強(qiáng)度增強(qiáng)。隨著時(shí)間的推移，水泥水化反應(yīng)逐漸深入，水泥膠凝體與土體進(jìn)一步融合，在水泥土中形成大量纖維狀結(jié)晶，不斷填充顆粒間的空隙，最終使水泥化合物與土體形成獨(dú)特的水泥土結(jié)構(gòu)。

4.施工工藝原理及設(shè)計(jì)原則

4.1施工工藝原理

使用水泥攪拌樁鉆機(jī)鉆入設(shè)計(jì)深度后，利用鉆機(jī)鉆頭在攪松的軟土中以一定的壓力噴入水泥漿（粉），與軟土在鉆頭的旋轉(zhuǎn)作用下攪拌混合，形成具有一定強(qiáng)度、柱狀、和良好水穩(wěn)定性的水泥土樁體，以此實(shí)現(xiàn)軟土地基承載力增強(qiáng)的目的。施工時(shí)可采用單軸、雙軸、多軸攪拌或連續(xù)成槽攪拌形成柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀水泥土加固體。

4.2布樁原則

水泥土攪拌樁的布置可以根據(jù)工程需要及上部結(jié)構(gòu)的要求靈活變動(dòng)，一般的布樁方式有正方形和正三角形（梅花樁）兩種。

4.3樁長(zhǎng)及樁徑的選擇

樁長(zhǎng)宜穿透軟弱土層到達(dá)承載力相對(duì)較高的土層。濕法加固深度不宜大于20m，干法加固深度不宜大于15m。常用的樁徑一般為500mm～700mm。

4.4單樁承載力確定

該承載力應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)確定，若需估算時(shí)，水泥土攪拌樁的單樁承載力Ra可按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》公式和Ra=ηfcuAp這兩個(gè)公式來(lái)確定，兩者中取小值。公式中大部分?jǐn)?shù)值都可以根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和地質(zhì)勘察報(bào)告取得，而水泥土抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu是很重要的一個(gè)指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)從地質(zhì)勘察報(bào)告和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)中都無(wú)法取得，需要經(jīng)過試驗(yàn)確定。影響水泥土抗壓強(qiáng)度的因素很多，有水泥摻入比、水泥標(biāo)號(hào)、齡期等。在實(shí)際施工中，水泥摻入比aw對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度的影響至關(guān)重要，摻入比過低，會(huì)導(dǎo)致水泥與土顆粒反應(yīng)過弱，水泥固化程度低，因此在施工中選用的水泥摻入比aw不宜小于7%。水泥土的抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入比的增大而增大，往往采用調(diào)整水泥摻入比的方法控制水泥土抗壓強(qiáng)度。

4.5水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力的確定

該承載力也應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)確定，估算時(shí)，可按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》公式fspk=λm+β（1-m）fsk確定。其中面積置換率m對(duì)復(fù)合地基承載力起著重要作用，該值與樁身直徑，樁布置形式及間距均有關(guān)系，提高面積置換率，復(fù)合地基承載力會(huì)相應(yīng)提高，但在實(shí)際工程中應(yīng)綜合考慮是否經(jīng)濟(jì)等成本因素，若達(dá)到要求的承載力需要很高的面積置換率，則應(yīng)考慮方案的可行性問題。

4.6褥墊層的設(shè)置

褥墊層是設(shè)置在樁體和基礎(chǔ)之間具有一定厚度的墊層，一般由中砂、粗砂、級(jí)配砂石等構(gòu)成，最大粒徑一般不宜大于30mm。由于卵石咬合力差，施工時(shí)容易被擾動(dòng)，褥墊層厚度不容易保證均勻，所以不宜采用卵石。褥墊層作用是保證水泥土樁、樁間土共同承擔(dān)荷載，減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中，它可以有效調(diào)整樁土應(yīng)力比。褥墊層太厚，土層承擔(dān)的荷載偏大而樁體承擔(dān)的荷載偏小，樁的優(yōu)點(diǎn)沒有充分發(fā)揮。褥墊層太薄，基礎(chǔ)傳下來(lái)的力過于集中在樁體上，土層承擔(dān)的荷載又偏小，土的作用沒有得到發(fā)揮。工程實(shí)踐表明，褥墊層的合理厚度為200mm～300mm，當(dāng)樁徑大，樁間距大時(shí)宜取高值。

5.靜載荷試驗(yàn)注意事項(xiàng)

靜載荷試驗(yàn)過程及要求在規(guī)范中都有詳細(xì)要求，此處不再論述。下面主要談靜載荷試驗(yàn)中需要特別注意的方面。

5.1關(guān)于載荷板的使用。載荷板的大小對(duì)試驗(yàn)成果的真實(shí)性有著至關(guān)重要的關(guān)系，載荷板的大小一般為一根樁所承擔(dān)的處理面積。載荷板面積偏小或偏大，都會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)測(cè)出的值與復(fù)合地基的實(shí)際承載力出現(xiàn)較大偏差。另外載荷板一般由鋼板制成，對(duì)人工搬動(dòng)來(lái)說(shuō)相對(duì)較重，而現(xiàn)場(chǎng)需要檢測(cè)的點(diǎn)不止一處，常常需要人工搬來(lái)搬去，建議載荷板采用圓形，這樣可利于現(xiàn)場(chǎng)利用滾動(dòng)的方式挪動(dòng)位置，省時(shí)省力。

5.2齡期的選擇。一般靜載荷試驗(yàn)應(yīng)在28d齡期后進(jìn)行，這時(shí)水泥的水化反應(yīng)及水泥土的形成已經(jīng)比較充分和穩(wěn)定，能夠較準(zhǔn)確地反應(yīng)復(fù)合地基的真實(shí)承載力值。在實(shí)際工程中常常因?yàn)楣こ踢M(jìn)度的要求而提前檢測(cè)，這是不可取的，不但得不到真實(shí)的承載力，還有可能對(duì)已施工的樁體造成損傷。

6.施工注意事項(xiàng)

6.1因接近地面的覆土壓力較小，地面土層在機(jī)械的攪拌下松動(dòng)，攪拌質(zhì)量不容易保證。一般的做法為場(chǎng)地整平標(biāo)高比設(shè)計(jì)確定的基底標(biāo)高再高出0.3m～0.5m，樁制作時(shí)仍施工到地面，待開挖基坑時(shí)，再將上部0.3m～0.5m的樁身質(zhì)量較差的部位截掉即可。

6.2水泥土攪拌樁的成樁質(zhì)量與攪拌次數(shù)、噴漿壓力、噴漿量有著密切的關(guān)系。施工時(shí)應(yīng)選擇轉(zhuǎn)速高、噴漿壓力及噴漿量大的機(jī)械設(shè)備。濕法施工時(shí)，水泥土攪拌機(jī)的泥漿泵工作壓力不宜小于5.0MPa，干法施工時(shí)，噴粉空壓機(jī)工作壓力一般為0.4MPa～0.6MPa。

6.3施工時(shí)，攪拌次數(shù)越多，樁體拌合越均勻，強(qiáng)度也越高，但是應(yīng)兼顧工作效率。

6.4現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變，若施工時(shí)因故停漿，宜將攪拌機(jī)下沉至停漿點(diǎn)以下0.5m，待恢復(fù)供漿時(shí)再噴漿提升，若停機(jī)超過3h，為防止?jié){液硬結(jié)堵管，宜先拆卸輸漿管路，妥為清洗。

7.結(jié)論

通過以上論述可知，當(dāng)?shù)鼗幚聿捎盟嗤翑嚢铇稄?fù)合地基時(shí)，應(yīng)從適用條件、施工工藝及設(shè)計(jì)原則、施工注意事項(xiàng)等多方面綜合考慮。只要采用得當(dāng)，施工經(jīng)驗(yàn)成熟，就能有效提高地基承載力，滿足上部結(jié)構(gòu)要求。

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作者簡(jiǎn)介：武海杰，出生年月：1977年12月，2003年畢業(yè)于河北建筑科技學(xué)院土木工程專業(yè)，現(xiàn)工作于中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司邯鄲分公司，工程師。