水泥搅拌桩复合地基在多层建筑基础地基加固中的应用

水泥搅拌桩复合地基在多层建筑基础地基加固中的应用提要 通过工程实例，探讨了在深厚软土地区建造多层建筑采用水泥搅拌桩复合地基作基础地基加固的适用性和可行性。关键词 软基处理；水泥搅拌桩；复合地基 The application of composite foundation deep cement mixing pilesin ground of multi-layer building construction strengtheningDu Zhi-gang (Municipal engineering administration office of Quanzhou)Abstract: Through an example project, this paper discusses that it will be suitable and feasible to apply composite foundation deep cement mixing piles in ground of multi-layer building construction strengthening. Key words: soft base treatment；deep cement mixing piles；composite foundation 1 引言水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处将软土与水泥浆强制拌和，使喷入软土中的固化剂与软土充分拌合在一起，由固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学作用，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥加固土桩柱体，由若干根这类加固土桩柱体和桩间土构成复合地基，共同承担上部荷载。水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力 标准值不大于120kPa的粘性土等地基。与刚性桩相比，水泥搅拌桩的桩身强度可与桩的承载力相协调，桩身强度可充分发挥，具有比较经济的特点。同时，水泥搅拌桩还具有施工工期短、适用范围广、对周围环境影响小等优点，存在不足是桩身强度不均匀影响加固效果，施工时会造成一定的粉尘或浆液污染。近年来随着深层搅拌工艺的成熟，水泥搅拌桩复合地基以其独有的特点在软土地基中得到广泛应用。泉州某水厂化验楼工程采用水泥搅拌桩加固软土地基，取得了较好的经济效益和加固效果。2 工程概况工程场地位于晋江冲海积平原级阶地上，地层属第四系全新缓冲海积层，地形平坦开阔，一般高程5.25.8m(黄海高程)，该场地在50年代为水塘，后经人工回填而成，场地水文地质条件较为复杂，地下水类型为潜水型，地下水主要受大气降水、地表水补给影响。该工程主体为四层框架结构，建筑面积1000m2。考虑到本场地地质情况、工程造价及地基加固实施的可靠性，通过多方案比较，确定采用水泥搅拌桩加固软土地基。水泥搅拌桩地基处理平面布置图见图1。图1场地内分布的土层自上而下为：杂填土：松散，稍湿，厚度2.202.40米；粘土：可塑，饱和，厚度1.501.70米；淤泥：饱和，流塑，厚度4.506.00米；粗砂：松散，饱和，厚度2.74.50米；粉质粘土：可塑，饱和，厚度3.705.30米；中粗砂：中密，局部松散，饱和，厚度2.03.00米；残积砂质粘性土：硬塑，饱和，厚度1.11.80米；强风化花岗岩：坚硬，饱和，最大揭示厚度1.502.40米。各土层物理力学性能指标见表1。各土层物理力学性能指标 表1土层名称 及代号天然 容重 (kN/m3)天然含水量w(%)天然 孔隙比e 塑性指数 (Ip)液性 指数 (IL)抗剪强度压缩模量(MPa)c (kPa) ()粘土层18.140.91.12013.51.138.392.52.23淤泥层15.6631.70222.01.61粉质粘土层20.021.80.5779.30.368322.57.20为确保工程加固成功，针对需加固土层，在设计施工前到现场取出原状土，进行室内无侧限抗压强度试验，水泥掺合量分别为10%、15%、20%三种，龄期为3天、7天、14天、28天。试验结果如表2。 室内无侧限抗压强度试验 表2无侧限抗压强度（kPa）龄期3天7天14天28天水泥掺入比10%10014725037515%21533647572520%3265107601150由表2得出：当水泥掺合量为10%时，其28天无侧限抗压强度仅为qu=375kPa，远不能满足设计要求；当掺合量增加到20%时，其28天无侧限抗压强度qu=1150kPa，基本能满足设计要求。故设计中搅拌桩水泥掺合量采用20%。3 设计计算根据试配结果，设计采用42.5R硅酸盐水泥，水泥掺入比为20%，水灰比为0.55：1。3.1 单桩承载力标准值计算根据该地区相似工程水泥搅拌桩施工参数， 该场地水泥搅拌桩的桩径为550，搅拌桩施工桩长约16.0,桩端持力层为粉质粘土。由于搅拌桩较长，故水泥搅拌桩承载力由桩身强度控制： 式中：室内水泥土立方体无侧限抗压强度平均值，取； -强度折减系数，取0.350.50； AP 桩身截面积(m2)。根据上述计算结果，取水泥搅拌桩单桩承载力标准值为125 KN。3.2 复合地基承载力标准值计算：经反复试算，取复合地基的水泥搅拌桩置换率为23.75%则： kPa式中：； ； ； fs.k 取fsp.k=135kPa3.3 桩数计算及桩位平面布置： A轴线基础下地基处理 基础底面积 SA=25.53.5=89.25m2 应布水泥搅拌桩桩数 nA=SA.m/Ap=89.250.2375/0.2375=89根实际布桩90根，满足要求(搅拌桩平面布置如图2)。图2 A轴搅拌桩平面布置示意图 B轴线基础下的地基处理 基础底面积SB=25.53.1=79.05m2 应布水泥搅拌桩桩数 nB=79.050.2375/0.2375=79根实际布桩78根，满足设计要求(搅拌桩平面布置如图3)。 C轴线基础下的地基处理 基础底面积Sc=2.225.5=56.1m2 应布水泥搅拌桩桩数 nc=Sc.m/Ap=56根实际布桩56根，满足设计要求(搅拌桩平面布置如图4)。 图 3 B轴搅拌桩平面布置示意图 图 4 C轴搅拌桩平面布置示意图 通过以上计算得出：水泥搅拌桩的总桩数为224根。4 质量检测及工程效果本工程为4层框架建筑，总桩数为224根，为检验施工结束后桩的质量，按国家规范进行静载荷试压、轻便触探(N10)试验及抽芯检验。4.1 质量检测1 静荷载试压本工程对3根复合地基桩进行静载荷试验，试验压板面积为1.0m1.0m，压板底面高程与基础底面设计高程相同，最大试验荷载加至270kN，各试验点在最大荷载作用下压板总沉降分别为4.32mm、6.59mm、5.17mm，测得3点复合地基承载力基本值为263kPa、233kPa、248kPa，满足设计要求。 2 轻便触探(Nl0)试验 本工程采用轻便触探(N10)，按规范对搅拌桩随机抽查，检查的重点放在桩长上部4m范围内；共计检测15根桩，根据轻便触探(N10)检测结果，参照建筑地基处理技术规范JGJ7991，本工程7天龄期搅拌桩的击数为8589击，大于天然地基击数N10的1倍以上，说明搅拌桩桩身强度满足设计要求。 3 抽芯试验对成桩28d龄期的水泥搅拌桩进行随机抽芯检测，现场选取6根桩进行试验，其中2根桩全长抽芯。抽检结果表明，各桩体搅拌较均匀，喷灰量达到设计要求，桩体坚硬，但局部桩体抽芯取样进行抗压强度试验时，桩身强度自上而下不是很均匀，主要原因是桩体埋深范围内分布的土层岩性、物理力学性质及有机质量有一定的差异，造成不同土质单元的桩体，其桩身强度自上而下存在一定的不均匀性。 抽芯试块共18组，抽芯检验试块的无侧限抗压强度qu的变化幅度在0.511.97MPa，从桩所处土层情况看，在粗砂层处抽芯的试块强度最高，杂填土、淤泥质土处次之，淤泥层处强度最低，参照YBJ22591软土地基深层搅拌加固法技术规程，所检测桩4m范围内的qu500KPa，抽芯试验结果基本满足设计要求。4.2 工程效果该工程于2001年下半年竣工，根据沉降观测资料，该化验楼的最大沉降量平均值为4.50mm，符合设计及施工规范要求。竣工近3年使用情况良好，未发现基础有较大沉降。工程实践表明，采用水泥搅拌桩复合地基加固多层建筑的地基软土，在提高地基土的承载力及减少地基变形上均能满足设计及有关规范要求，达到了地基处理目的。造价方面，采用水泥搅拌桩复合地基与一般桩基相比节省约30%的基础造价，工期缩短约20%。5 结语 从本工程水泥搅拌桩复合地基的应用可以得出如下结论：(1) 在深厚软土地区建造多层建筑时，采用水泥搅拌桩复合地基作基础地基加固，可以取得较好的加固效果及经济效果。(2) 在深厚软土处地基处理，其加固深度只要满足压缩层厚度范围即可，不必加固到好土层。(3) 水泥搅拌桩设计施工前的室内试块试验相当必要，可为