【摘 要】 本文對水泥土攪拌樁復合地基進行了論述，通過對它的適用范圍、加固原理、設計方法及注意事項的討論，使水泥土攪拌樁復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、更有效。

【關鍵詞】 水泥土攪拌樁；適用范圍；設計原則

前言：

隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，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。而在工程實際中，擬建項目常常會位于歷史上曾是河、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構對地基的要求，這就需要對天然地基進行有效的加固改良，形成人工地基，以滿足建（構）筑物對地基的要求。地基處理方法多種多樣，本文僅對其中的水泥土攪拌樁復合地基進行論述。

1.適用范圍

水泥土攪拌樁復合地基是利用水泥等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基土強度和增大變形模量，滿足上部結構對地基的要求。該方法適用于處理正常固結的淤泥、淤泥質土、素填土、黏性土、粉土、粉細砂、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，當土層的天然含水量小于30%時，適合用漿體固化劑，即濕法進行施工。

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、電廠的儲煤庫等；基礎作用在不利土層上的建（構）筑物地基；作為深基坑的止水帷幕。

2.優(yōu)、缺點

2.1優(yōu)點：

2.1.1將天然土層中的原有軟土和人工固化劑就地攪拌混合均勻，使地基中的原有軟土層得到了充分的利用。

2.1.2由于施工時采用攪拌葉片強制切土，不會像預制樁體等入土時對周圍土體產(chǎn)生擠壓作用，所以對周圍環(huán)境尤其是鄰近的建構筑物影響比較小。

2.1.3與鋼筋混凝土預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，造價相對低廉。

2.1.4施工機械簡單，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

2.2.1攪拌機械的攪拌能力有限，對于土層承載力大于120kPa的黏性土和粉質土地基不太適用。

2.2.2由于施工時需要采用攪拌葉片對原有土體進行攪拌，會破壞原有土體的結構和組成，一旦施工質量達不到要求，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，尤其是對原有地基土承載力本來就相對較高的土層。

3.加固機理

3.1水泥的水解和水化反應。當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，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，進而在水泥顆粒表面形成結晶體，這些結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)生化學反應，生成一種特殊的化合物，這種特殊的化合物稱作“水泥桿菌”。水泥桿菌對于高含水量的土質強度增強作用明顯。

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)生各種化學反應后，不斷生長、延生的不溶于水的晶體交織在一起形成空間性狀的網(wǎng)絡結構，也就是我們常說的水泥骨架。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，形成水泥土的團粒結構，使水泥土的強度增強。隨著時間的推移，水泥水化反應逐漸深入，水泥膠凝體與土體進一步融合，在水泥土中形成大量纖維狀結晶，不斷填充顆粒間的空隙，最終使水泥化合物與土體形成獨特的水泥土結構。

4.施工工藝原理及設計原則

4.1施工工藝原理

使用水泥攪拌樁鉆機鉆入設計深度后，利用鉆機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作用下攪拌混合，形成具有一定強度、柱狀、和良好水穩(wěn)定性的水泥土樁體，以此實現(xiàn)軟土地基承載力增強的目的。施工時可采用單軸、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)工程需要及上部結構的要求靈活變動，一般的布樁方式有正方形和正三角形（梅花樁）兩種。

4.3樁長及樁徑的選擇

樁長宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。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

該承載力應通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定，若需估算時，水泥土攪拌樁的單樁承載力Ra可按《建筑地基處理技術規(guī)范》公式和Ra=ηfcuAp這兩個公式來確定，兩者中取小值。公式中大部分數(shù)值都可以根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗和地質勘察報告取得，而水泥土抗壓強度fcu是很重要的一個指標，這個指標從地質勘察報告和地區(qū)經(jīng)驗中都無法取得，需要經(jīng)過試驗確定。影響水泥土抗壓強度的因素很多，有水泥摻入比、水泥標號、齡期等。在實際施工中，水泥摻入比aw對水泥土抗壓強度的影響至關重要，摻入比過低，會導致水泥與土顆粒反應過弱，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%。水泥土的抗壓強度隨著水泥摻入比的增大而增大，往往采用調整水泥摻入比的方法控制水泥土抗壓強度。

4.5水泥土攪拌樁復合地基承載力的確定

該承載力也應通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定，估算時，可按《建筑地基處理技術規(guī)范》公式fspk=λm+β（1-m）fsk確定。其中面積置換率m對復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系，提高面積置換率，復合地基承載力會相應提高，但在實際工程中應綜合考慮是否經(jīng)濟等成本因素，若達到要求的承載力需要很高的面積置換率，則應考慮方案的可行性問題。

4.6褥墊層的設置

褥墊層是設置在樁體和基礎之間具有一定厚度的墊層，一般由中砂、粗砂、級配砂石等構成，最大粒徑一般不宜大于30mm。由于卵石咬合力差，施工時容易被擾動，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、樁間土共同承擔荷載，減少基礎底面的應力集中，它可以有效調整樁土應力比。褥墊層太厚，土層承擔的荷載偏大而樁體承擔的荷載偏小，樁的優(yōu)點沒有充分發(fā)揮。褥墊層太薄，基礎傳下來的力過于集中在樁體上，土層承擔的荷載又偏小，土的作用沒有得到發(fā)揮。工程實踐表明，褥墊層的合理厚度為200mm～300mm，當樁徑大，樁間距大時宜取高值。

5.靜載荷試驗注意事項

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

5.1關于載荷板的使用。載荷板的大小對試驗成果的真實性有著至關重要的關系，載荷板的大小一般為一根樁所承擔的處理面積。載荷板面積偏小或偏大，都會導致試驗測出的值與復合地基的實際承載力出現(xiàn)較大偏差。另外載荷板一般由鋼板制成，對人工搬動來說相對較重，而現(xiàn)場需要檢測的點不止一處，常常需要人工搬來搬去，建議載荷板采用圓形，這樣可利于現(xiàn)場利用滾動的方式挪動位置，省時省力。

5.2齡期的選擇。一般靜載荷試驗應在28d齡期后進行，這時水泥的水化反應及水泥土的形成已經(jīng)比較充分和穩(wěn)定，能夠較準確地反應復合地基的真實承載力值。在實際工程中常常因為工程進度的要求而提前檢測，這是不可取的，不但得不到真實的承載力，還有可能對已施工的樁體造成損傷。

6.施工注意事項

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

6.2水泥土攪拌樁的成樁質量與攪拌次數(shù)、噴漿壓力、噴漿量有著密切的關系。施工時應選擇轉速高、噴漿壓力及噴漿量大的機械設備。濕法施工時，水泥土攪拌機的泥漿泵工作壓力不宜小于5.0MPa，干法施工時，噴粉空壓機工作壓力一般為0.4MPa～0.6MPa。

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

6.4現(xiàn)場情況復雜多變，若施工時因故停漿，宜將攪拌機下沉至停漿點以下0.5m，待恢復供漿時再噴漿提升，若停機超過3h，為防止?jié){液硬結堵管，宜先拆卸輸漿管路，妥為清洗。

7.結論

通過以上論述可知，當?shù)鼗幚聿捎盟嗤翑嚢铇稄秃系鼗鶗r，應從適用條件、施工工藝及設計原則、施工注意事項等多方面綜合考慮。只要采用得當，施工經(jīng)驗成熟，就能有效提高地基承載力，滿足上部結構要求。

參考文獻：

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