水泥土搅拌桩在雁洲水闸工程中的应用

　　摘要：水泥土搅拌桩法的加固机理是利用水泥、石灰等材料做为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机器将固化剂（浆液或粉末）喷入软土地基的深层，经搅拌，使土与固化剂均匀混合并发生一系列物理、化学反应，改变原状土的结构，硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的地基土，以达到软弱地基加固目的。本文举了一个应用实例。

　　关键词：水泥土搅拌桩 深层搅拌法 雁洲水闸

　　1 工程概况

　　雁洲水闸位于广州市番禺区，采用开敞式的钢筋混凝土结构，主要由闸室、内外河侧翼墙、海漫等组成。经过计算闸室段平均基底应力90.0 kPa大于天然地基承载力60.0 kPa，并且沉降量大，需要进行地基处理（岩土层见图1，岩土层物理力学指标见表）。根据广州市以往河涌整治的一般经验：对基础处理厚度小于3.0m的软弱土层，采用换砂垫层方案；对基础处理厚度不大（3～5m）的软弱土层，采用松木桩方案处理；对基础处理厚度大于5.0m的软弱土层，宜采用钢筋混凝土预制桩、水泥搅拌桩处理。本工程软弱土层7.0～9.0m，宜采用钢筋混凝土预制桩、水泥土搅拌桩处理。由于钢筋混凝土预制桩造价较高，本工程采用水泥土搅拌桩进行地基处理。

　　2 水泥土搅拌桩设计

　　2.1 水泥土搅拌桩的类型

　　水泥土搅拌桩分为深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土地基。利用水泥、石灰等材料做为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机器将固化剂（浆液或粉末）喷入软土地基的深层，经搅拌，使土与固化剂均匀混合并发生一系列物理、化学反应，改变土的结构，硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的地基土，以达到软弱地基加固目的。水泥土搅拌法加固深度不宜大于20.0m，水泥土搅拌桩桩径不宜小于0.5m。本工程土体天然含水量比较大，适合使用深层搅拌法。

　　2.2 桩的布置与加固范围

　　根据该闸所在地的地质条件、闸室上部结构特点及其对地基承载力和变形的要求，认为需对闸室基底土进行加固处理，设计决定采用平面上正三角形布置的水泥土搅拌桩方案（见图2），其桩直径0.5m，间距1.0m。桩顶敷设0.5m厚粗砂垫层，桩顶伸入垫层0.2m。

2.3 承载力计算

竖向承载的水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场复合地基荷载实验确定。初步设计时可按下式估算：

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　　当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.1～0.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.5～0.9，差值大时或设置褥垫层时取高值，本次设计取0.75；

　　m—面积置换率；

　　Ra—单桩竖向承载力特征值(kN)；

　　Ap—桩的截面积（m2）；

　　fsk—处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，本次设计取60.0 kPa；

　　单桩竖向承载力特征值应通过现场荷载试验确定。初步设计时可按下式估算。

　　并应同时满足下式的要求，即使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：

上式中：

　　fcu—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值（kPa）；

　　η—桩身强度折减系数，干法可取0.20～0.30，湿法可取0.25～0.33，本次设计取0.25；

　　up—桩的周长（m）；

　　n—桩长范围内所划分的土层数；

　　qsi—桩周第i层土的侧阻力特征值。对淤泥可取4.0～7.0kPa；对淤泥质土可取6.0～12.0kPa；对软塑状态的粘性土可取10.0～15.0kPa；对可塑状态的粘性土可取12.0～18.0kPa，各层土侧阻力特征值分别为5.0 kPa、15.0 kPa、40.0 kPa、10.0 kPa、65.0 kPa、50.0 kPa；

　　li—桩长范围内第i层土的厚度（m），自上而下各层土厚为1.1 m、1.0 m、1.3 m、4.7 m、2.0 m、3.9 m；

　　qp—桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa）；按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定确定本次设计取140.0kPa；

　　α—桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6，承载力高取低值，本次设计取0.4。[Page]

　　2.4 确定计算参数

　　搅拌桩的面积置换率和桩的长度。面积置换率根据搅拌桩的直径、数量、地基处理面积确定，初步设计时拟定桩直径0.5m，间距1.0m，计算出面积置换率0.226。桩的长度根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到承载力相对较高的土层，本工程水泥土搅拌桩长度取14.0m。

　　2.5 计算成果

　　由选定桩径、长度、间距，根据公式计算出单桩竖向承载力特征值R 为98.2kN，复合地基承载力特征值fspk为148.0kPa。

　　3 施工要求

　　（1）固化剂水泥以及各种外加剂、掺合料的质量直接决定着水泥桩的质量，因此，施工过程中应严格控制各种用料的质量，严禁使用不合格料。

　　（2）工程施工前先做不少于三根桩进行搅拌桩工艺试验，通过工艺试验检验机具的性能及施工工艺中的各项技术参数。包括最佳的灰浆稠度、工作压力、钻进和提升速度。

　　（3）严格按照现场实验确定的水泥浆液的配合比制作水泥浆液，并保证拌制好的水泥浆在规定的时间内应用，对于超过规定时间没有使用的水泥浆应作废浆处理。

　　（4）实验桩施工完成后，根据实验桩确定和调整好的技术参数编制质量控制措施及施工方案，经相关单位批准后实施。

　　（5）施工中设专人负责施工记录，并随时将记录的数据和标定的工艺参数对照，监控成桩质量，如发现异常情况及时研究解决。

　　（6）水泥搅拌桩桩顶接近设计标高时，搅拌机自地面以下1.0m喷浆搅拌提升出地面时应采用慢速以保证桩头质量。

　　（7）水泥搅拌桩在桩长范围内至少复拌一次，以确保搅拌均匀。桩顶以下1.0～1.5m长度范围内增加一次灌浆，以提高其强度。

　　4 结语

　　水泥土搅拌桩通过特制的深层搅拌机器将固化剂（浆液或粉末）喷入软土地基的深层，使固化剂和软土强制拌和，使软土硬结而提高地基强度，有效的改善地基条件，能够很大程度提高地基承载力。这种方法适用于加固饱和粘性土和粘土，处理效果显著，且工期短，施工成本低。

　　参考文献

　　［1］JGJ79-2002建筑地基处理技术规范，中华人民共和国行业标准，2002年；

　　［2］GB50007-2002建筑地基基础设计规范，中华人民共和国国家标准，2002年4月