水泥攪拌樁在工程地基處理中的應(yīng)用實(shí)踐 - 廈門(mén)科技信

1、水泥攪拌樁在工程地基處理中的應(yīng)用實(shí)踐張南峰 在廈門(mén)島南半部山前洼地，特別是山前洼地的邊緣地帶進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，往往會(huì)遇到一幢建筑物的基礎(chǔ)下，同時(shí)存在承載力高、變形性小的坡殘積土與承載力低、變形性較大的極松砂層的極不均勻地基情況，給建筑物的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)造成很大的麻煩。本文通過(guò)總結(jié)在廈門(mén)一中職工宿舍工程中采用深層水泥攪拌樁處理這一類(lèi)地基的成功實(shí)踐，以起到拋磚引玉的作用。工程概況： 廈門(mén)一中已建的職工宿舍樓座落在學(xué)校的東南角，育青路的北側(cè)。該宿舍樓工程共有C、D、E、F幢樓。C、D幢布置在場(chǎng)地的北邊，E、F幢布置在場(chǎng)地的南邊。面臨育青路，四幢樓均為8層框架結(jié)構(gòu)的建筑物。總建筑面積9237m2。擬建場(chǎng)地

2、巖土條件：已建場(chǎng)地處在花崗巖剝蝕殘丘坡腳與丘間洼地兩個(gè)微地貌單元上。地形由北向南西方向傾斜。在洼地中有小溪溝、溪流由東北流向西南，后經(jīng)回填整平，可作為本工程場(chǎng)地。該場(chǎng)地上部為第四系土層所覆蓋，下為伏燕山期粗粒花崗巖體，在勘探深度范圍內(nèi)場(chǎng)地巖土層有以下五種類(lèi)型：雜填土層、沖洪積泥質(zhì)中粗砂層、坡洪積砂質(zhì)粘土層、殘積砂質(zhì)粘性土層、粗?；◢弾r強(qiáng)風(fēng)化層。地基處理方案的選擇：由于本工程四幢宿舍樓均為8層框架結(jié)構(gòu)建筑物，樁荷載較大，雜填土層（厚度0.41.7m）不宜作為基礎(chǔ)天然地基持力層，而泥質(zhì)中粗砂層（厚度04m）屬中高壓縮性土，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值僅100KPa，也不是建筑物基礎(chǔ)理想的天然地基持力層。除這兩層

3、外，其它各土層可作為基礎(chǔ)（天然地基或樁基）持力層。1、C、D幢宿舍樓該兩幢宿舍樓部位因沒(méi)有泥質(zhì)中粗砂層，雜填土層厚度又不大，可以全部挖除。因此該兩幢建筑物可直接采用以砂質(zhì)粘土層為基礎(chǔ)持力層的天然地基，不必進(jìn)行地基處理。2、E幢宿舍樓該樓部位土層比較復(fù)雜，雜填土層下為24m厚的泥質(zhì)中粗砂層。對(duì)該幢地基基礎(chǔ)處理基本上有三種方案可選擇：一是采用片筏基礎(chǔ)，基礎(chǔ)落在泥質(zhì)中粗砂層上，但泥質(zhì)中粗砂層厚度不一，相差2m，該層又屬中高壓縮性土，會(huì)產(chǎn)生均勻沉降，建筑物將會(huì)出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，故不可取。二是采用獨(dú)立墩基礎(chǔ)，該方案是將泥質(zhì)中粗砂層挖除掉，然后用C15拋石砼墩基作為基礎(chǔ)?？紤]到泥質(zhì)中粗砂層透水性好，且地下水位

4、高于砂層，基礎(chǔ)施工時(shí)，可能產(chǎn)生涌水，流沙等不良現(xiàn)象，給施工帶來(lái)一定困難，開(kāi)挖時(shí)須采取一些可靠的措施，而采取措施工程費(fèi)用又要增加，故該方案無(wú)論從技術(shù)上，還是經(jīng)濟(jì)上來(lái)看，是大不可取。三是采用樁基礎(chǔ)。該方案施工上既安全又可保證質(zhì)量，但采用何種樁型，還得選擇，下面再述。3、F幢宿舍樓該幢樓地基土就更復(fù)雜。F幢靠東部（約建筑物長(zhǎng)的1/3）其土層同C、D幢；而西部（約建筑物長(zhǎng)的2/3）其土層又同E幢，但泥質(zhì)中粗砂層厚度變化更大，從0m米厚，故只能用樁基來(lái)進(jìn)行加固處理。4、E、F幢宿舍樓樁型的選擇沉管（包括振動(dòng)或打入式）灌注樁是加固軟弱地基常用樁型之一。但沉管灌注樁噪音較大，而場(chǎng)地四周密布教委、電業(yè)局、檢察

5、院及衛(wèi)校等單位宿舍群，毗鄰振萬(wàn)教學(xué)樓，必將嚴(yán)重影響周?chē)用竦娜粘Ｉ罴皩W(xué)校教育教學(xué)活動(dòng)的正常進(jìn)行。再加上本場(chǎng)地分布著一定厚度的硬塑沙質(zhì)粘土層（標(biāo)貫擊數(shù)在40左右）將增加樁身貫入的難度，給施工帶來(lái)一定的困難。還有一種樁型是用深層水泥攪拌來(lái)加固本場(chǎng)地中的泥質(zhì)中粗砂層。水泥土攪拌法加固軟土技術(shù)具有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：由于將固化劑和原地基軟土就地?cái)嚢杌旌?，因此最大限度地利用原土，減少外運(yùn)土方的工程量，降低了工程成本。攪拌時(shí)不會(huì)使地基側(cè)土擠出，所以對(duì)周?chē)薪ㄖ锏挠绊懞苄?。按照不同地基土的性質(zhì)及工程設(shè)計(jì)要求，合理選擇固化劑及其配方，設(shè)計(jì)比較靈活。C、D、E、F幢從62 m2/套135 m2/套共計(jì)五種戶(hù)型，

6、可以根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要，靈活地采用樁狀、壁狀，格柵狀和塊狀等加固型式。施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染，對(duì)在密集住宅建筑群周?chē)M(jìn)行施工，其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。土體加固后寬度基本不變，對(duì)軟弱下臥層不致產(chǎn)生附加沉降。與鋼筋砼樁基相比，節(jié)省了大量的鋼材，并降低了造價(jià)。綜上所述，不管從技術(shù)上，還是從經(jīng)濟(jì)上比較，以及施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，用深層水泥攪拌樁來(lái)加固本場(chǎng)地的泥質(zhì)中粗砂層有它獨(dú)到的優(yōu)越性。設(shè)計(jì)單位采納了水泥土攪拌法來(lái)處理本場(chǎng)的軟土地基。 深層水泥攪拌樁的基本原理和設(shè)計(jì)計(jì)算：1、深層水泥攪拌樁處理地基的基本原理它是利用水泥等材料作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑

7、和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，形成一種介于剛性樁與柔性樁之間具有一定壓縮性的水泥土樁，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。2、深層水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，泥質(zhì)中粗砂層承載力標(biāo)準(zhǔn)100KPa?，F(xiàn)要求通過(guò)深層水泥攪拌樁加固后的復(fù)合層的承載力提高到250KPa。根據(jù)本工程土層情況，樁長(zhǎng)選擇為5m。安全系數(shù)為1.5，樁徑為0.55m。復(fù)合地基的強(qiáng)度計(jì)算則單樁承載力：pa=fsaL1+fsaL2=201.733+451.732=259.5KN樁身強(qiáng)度：qu=2kpa/A=3244KPa根據(jù)有關(guān)資料和室內(nèi)砼配合比表對(duì)照，相應(yīng)于q=3244K

8、Pa的水泥滲入比為15%20%，水灰比為0.450.60。 置換率ac= Ra-Rs =20.77%Pa/A-Rs 樁數(shù)n以J-3獨(dú)立樁基43.9 m為例 則n= Fac = 43.90.2077 =13.5根 取14根 A 0.24 復(fù)合地基的變形計(jì)算 經(jīng)過(guò)水泥土加固的復(fù)合地基其沉降量的計(jì)算分為加固區(qū)的沉降量S1和加固區(qū)下臥層的沉降量S2。 S1的計(jì)算L（仍以J-3獨(dú)立樁基為例） 實(shí)體基礎(chǔ)底面壓力：pa= RspF+G-Fsf-Rs(F-F1) = 130.4KPR F1 樁群頂面的平均壓力：p= RspF- Rs(F-F1) = =199kpa F1 樁群底面土的附加應(yīng)力： po = pa

9、-RpL=130.4-8.85 = 86.4KPa樁群體中攪拌樁變形模量Eso取120qn=KPa，樁間土的變形模量Es 取2200KPa，則樁群體的變形模量Eo為：Eo = EsonA/F1+Es F1- nA =102.71+1.62 = 104.33 MPaF1S1 = (P+Po) L = 0.7cm 2EoS2用分層總和法計(jì)算，實(shí)體基礎(chǔ)底面中點(diǎn)沉降：S2 = mBPO1-i1 = 4.63cm E1-2i 則總沉降量：S = S1+S2= 0.7+4.63 = 5.33cm施工質(zhì)量控制：1、開(kāi)工前的質(zhì)量控制（1）必須認(rèn)真分析工程地質(zhì)資料，對(duì)地基土的成分，分層情況、含水量、有機(jī)物，可溶

10、鹽等對(duì)水泥攪拌樁強(qiáng)度發(fā)生影響的因素充分進(jìn)行研究；（2）在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)下配備不同配方的水泥土樣，進(jìn)行不同齡期的試驗(yàn)，然后選擇最佳的水泥摻入比，初步確定每延長(zhǎng)米的水泥摻加量；（3）正式打設(shè)工程樁以前應(yīng)按施工組織設(shè)計(jì)的攪拌施工工藝打設(shè)數(shù)根試樁，最后確定水泥漿的水灰比，泵送時(shí)間，攪拌提升速度和復(fù)攪深度。2、施工過(guò)程的質(zhì)量控制（1）嚴(yán)格控制水泥等材料的質(zhì)量水泥加固強(qiáng)度與水泥材料質(zhì)量密切相關(guān)，因此進(jìn)場(chǎng)的水泥必須有出廠(chǎng)合格檢驗(yàn)單，水泥制備漿液前宜過(guò)篩，去除雜物和塊狀體。每批進(jìn)場(chǎng)的水泥應(yīng)備樣進(jìn)行水泥土強(qiáng)度試驗(yàn)，滿(mǎn)足要求的水泥方可投入工程使用。（2）確保攪拌樁樁身強(qiáng)度和均勻性，這是質(zhì)量控制的重點(diǎn) 施工時(shí)必須有專(zhuān)人負(fù)

11、責(zé)制樁記錄。詳細(xì)記錄每根工程樁的施工工藝，樁的位置，編號(hào)，注漿量及二次注漿量等。原始記錄須如實(shí)并及時(shí)匯總分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)予以糾正或采取補(bǔ)救措施。泵輸漿液時(shí)不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，必須有專(zhuān)人監(jiān)視發(fā)送設(shè)備。輸漿管道發(fā)生堵塞主要是由于泵壓驟然升高所致。制樁質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到地基加固的成效。其關(guān)鍵是注漿量，噴漿與攪拌均勻程度，這是保證樁身質(zhì)量的重點(diǎn)。因此，要嚴(yán)格按要求控制噴漿及提升速度，以保證加固范圍內(nèi)每一深度均得到充分拌和。根據(jù)水泥土室內(nèi)模型試驗(yàn)及它的工作原理分析，攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)重點(diǎn)應(yīng)放在樁頂34m范圍，確保該段樁身質(zhì)量。因此在此樁段范圍內(nèi)降低提升速度，相應(yīng)增加制樁時(shí)間，以增加噴漿量，并按工藝設(shè)計(jì)要求在

12、樁頂部位原地重復(fù)攪拌一分鐘。同時(shí)，根據(jù)受力需要進(jìn)行該段的復(fù)攪。在成樁過(guò)程中，凡是由于電壓過(guò)低或其它原因造成停機(jī)。當(dāng)攪拌機(jī)重新起動(dòng)時(shí)，為了防止斷樁，均應(yīng)復(fù)沉半米再繼續(xù)噴漿攪拌成樁。嚴(yán)禁發(fā)生冒漿或同心轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象都對(duì)樁身質(zhì)量有嚴(yán)重的危害。必須設(shè)法克服。如改變擠壓泵壓力及水泥漿稠度，增加復(fù)攪等措施。（3）保證樁體垂直度為使攪拌樁基本垂直于地面，要注意鉆機(jī)操作平臺(tái)的平整度和鉆架對(duì)地面的垂直度。3、樁體和復(fù)合地基加固效果的質(zhì)量檢驗(yàn)及工程驗(yàn)收水泥攪拌樁施工完成后，應(yīng)抽2%的樁進(jìn)行樁質(zhì)量檢驗(yàn)，主要是對(duì)樁身強(qiáng)度、樁位、樁頭及淺層水泥土強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。（1）樁身強(qiáng)度檢驗(yàn)在成樁7天內(nèi)用輕便觸探器進(jìn)行樁身檢驗(yàn)

13、，抽樣樁不應(yīng)少于全部樁數(shù)的2%，并不少于6根，檢測(cè)深度不少于1m，通過(guò)觸探擊數(shù)檢驗(yàn)樁身水泥土強(qiáng)度。在輕便觸探后，對(duì)樁身強(qiáng)度有懷疑的區(qū)段截取芯樣，制成試件，逐一編號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)簽證后方可進(jìn)行樁身實(shí)際強(qiáng)度測(cè)定。通過(guò)動(dòng)測(cè)檢查樁身質(zhì)量并進(jìn)行靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)工程樁的承載力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（2）樁位及樁頭水泥土強(qiáng)度檢查開(kāi)挖基槽檢查樁位，樁數(shù)及樁頂強(qiáng)度。施工過(guò)程中不定期抽查施工記錄，并對(duì)每根樁進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。對(duì)不合格的樁根據(jù)其位置和數(shù)量等具體情況，督促施工單位采取補(bǔ)樁或加強(qiáng)鄰樁等措施。 （3）荷載試驗(yàn)單樁荷載試驗(yàn)最大加載量為單樁設(shè)計(jì)荷載的兩倍。壓板直徑和樁徑相等，試樁數(shù)量不少于樁數(shù)的1%，并不少于三根。檢測(cè)結(jié)果和

14、經(jīng)濟(jì)對(duì)比深層水泥攪拌樁完成后，經(jīng)廈門(mén)集聯(lián)基礎(chǔ)工程公司抽芯檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明：1、攪拌樁均達(dá)到砂質(zhì)粘土層，根據(jù)抽芯時(shí)實(shí)測(cè)的標(biāo)貫擊數(shù)，按規(guī)范查得承載力標(biāo)準(zhǔn)值為270300KPa。2、樁徑滿(mǎn)足要求，樁身強(qiáng)度大大超過(guò)設(shè)計(jì)的樁身強(qiáng)度，E幢樁身飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為6.72MPa，F(xiàn)幢為4.8MPa。建筑物完成后，通過(guò)沉降觀測(cè)，沉降還是均勻的，沒(méi)有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。通過(guò)以上表明，這次基礎(chǔ)處理是成功的，達(dá)到了預(yù)期的效果。 3、宿舍樓E、F幢水泥攪拌樁共有353根，總延長(zhǎng)4731.61m，共有混凝土量946.32M3 ，施工時(shí)間25天，攪拌樁與沉管樁的經(jīng)濟(jì)對(duì)比見(jiàn)下表：兩種柱的經(jīng)濟(jì)對(duì)比表樁型樁基造價(jià)（萬(wàn)元）承臺(tái)及

15、地梁造價(jià)（萬(wàn)元）總造價(jià)（萬(wàn)元）沉管樁81.4557.789.16攪拌樁55.511.4466.94攪拌樁比灌注樁節(jié)省造價(jià)24.85%，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。七、若干問(wèn)題的探討1、計(jì)算單樁承載力時(shí)側(cè)壁摩阻力的取值水泥攪拌樁單樁承載力設(shè)計(jì)時(shí)側(cè)壁摩阻力往往是參照混凝土樁周土摩阻力，若不加折減，計(jì)算所得單樁承載力往往偏大，其原因是：混凝土樁為剛性樁，而水泥攪拌樁為剛性柔性樁，其樁身變形大于混凝土樁，因此，側(cè)壁摩阻力沿樁身的分布上部大于下部。所以，應(yīng)根據(jù)廈門(mén)地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行試驗(yàn)研究，為水泥攪拌樁單樁承載力計(jì)算提供一個(gè)較為準(zhǔn)確的側(cè)壁摩阻力；或者根據(jù)樁長(zhǎng)乘上一個(gè)適當(dāng)?shù)纳疃茸兞空蹨p系數(shù)。2、關(guān)于置

16、換率的計(jì)算 置換率m= fspk-fsk Rkd/AP-fsk式中的值反應(yīng)出樁土共同作用下樁間土強(qiáng)度的發(fā)揮和分擔(dān)問(wèn)題。復(fù)合地基值小于1，與面積置換率，樁間土和樁端土的軟硬，固化劑摻量的多或小，樁身齡期長(zhǎng)短等因素密切相關(guān)。因此，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，獲得更為準(zhǔn)確的值。 3、提高水泥攪拌樁在粘土層的攪拌均勻程度工程實(shí)踐證實(shí)，現(xiàn)行的成樁施工工藝已可充分滿(mǎn)足淤泥質(zhì)土層的攪拌均勻程度，但地表粘土層的攪拌均勻性則相差甚遠(yuǎn)，其樁身質(zhì)量問(wèn)題總是與淺部硬殼層及素填土層的攪拌均勻有關(guān)，主要反映在：（1）嚴(yán)重的攪拌不均勻。粘土層樁體內(nèi)存在大塊純水泥塊，與原粘土分界清晰，二者強(qiáng)度差異極大。（2）樁頂中心留有空洞，有時(shí)還形成蜂窩

17、狀孔洞。（3）產(chǎn)生同心轉(zhuǎn)。鉆頭帶動(dòng)粘土柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)，造成水泥漿在樁壁和樁中心局部富集，其余部位幾乎無(wú)水泥漿拌入或僅偶見(jiàn)水泥塊。處理方法：（1）根據(jù)粘土的天然含水量估算最大允許摻水量。（2）采用分次適量摻水，以避免過(guò)多的水滲到樁周而導(dǎo)致同心轉(zhuǎn)。（3）在復(fù)攪提升不噴漿時(shí)摻水，避免直接降低水泥漿濃度。（4）適量增加粘土層的噴漿量，彌補(bǔ)由于摻水引起的樁身強(qiáng)度下降。體會(huì)：1、通過(guò)廈門(mén)一中宿舍樓工程地基的處理，體會(huì)到一個(gè)工程的地基處理方案，不僅要從技術(shù)上去比較，還要從經(jīng)濟(jì)上去比較，同時(shí)還要從施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響程度去比較，這樣才能既保證質(zhì)量，又節(jié)約投資，取得較好的社會(huì)效益的目的。2、通過(guò)對(duì)該工程地基處理，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到深層水泥攪拌樁不僅是處理軟土地基的一種方法，而且是處理山前洼地邊緣，軟弱極不均勻地基的一種行之有效的好方法。特別是地面下15m內(nèi)有