水泥搅拌桩质量事故处理

2011-08-20邓水来

山西建筑 2011年19期

邓水来

近年来，水泥搅拌桩复合地基在软土地基处理中的应用日益广泛，由于各种原因造成的质量事故也时有发生。这类问题因工程工期紧迫，急需进行下一步施工及工程造价等因素影响而较难处理。造成水泥搅拌桩质量事故的因素大致有桩体强度不合格，桩体强度不均匀，桩长不足，桩端未进入持力层或进入持力层深度不足，桩体倾斜度过大等。这些因素最终会造成单桩承载力或复合地基承载力不能满足设计要求。采取补救措施，有效解决承载力不足问题，水泥搅拌桩的质量问题也就迎刃而解。下面结合工程实例介绍换填法处理水泥搅拌桩质量事故的原理和方法。

1 工程概况

东莞生态园某市政道路工程穿越鱼塘和菜地，按照设计要求，淤泥深度超过4 m的采用水泥搅拌桩处理软基。水泥搅拌桩的设计参数为:桩径55 cm，按梅花形布置，中心间距1.3 m，水泥土设计强度平均值fcu=1.6 MPa，单桩承载力特征值Ra＞126 kN，复合地基承载力特征值fspk＞100 kPa。

水泥搅拌桩施工完成，水泥土达到90 d龄期后按规范要求对水泥搅拌桩进行了抽检，结果发现在鱼塘区域内的水泥搅拌桩其中有1根桩的水泥土强度平均值只有1.2 MPa，小于设计要求的强度，强度不合格，有2根桩的单桩承载力特征值只有101 kN，小于设计要求的承载力。通过分析钻芯取出的水泥土，发现桩顶以下约2 m～3 m深的水泥土强度较低。在现场取得土样，检测发现桩顶以下约2 m～3 m深的淤泥的有机物含量较高。由于这些淤泥的有机物含量较高，水泥土无法固结，造成水泥土强度不足，导致水泥搅拌桩的承载力不足。鱼塘区域内约有3 000多根水泥搅拌桩，每根桩的设计深度为5 m～7 m。

为了处理这一质量问题，提出了三个处理方案:

1)补打水泥搅拌桩，缩小水泥搅拌桩的间距，降低单桩的承载力要求;

2)在水泥搅拌桩周围增加打入松木桩，由松木桩分担一部分受力;

3)换填处理，将浅层的淤泥和水泥搅拌桩一并挖除，换填内摩擦角较大、稳定性较好的材料，以提高地基承载力。打水泥搅拌桩的工期长而且费用高，打松木桩的工期短但费用高，考虑施工工期和施工费用等因素，经对比，换填处理方案为最优方案。

2 复合地基承载力计算

其中，Ra为单桩竖向承载力特征值，kN;Ap为水泥搅拌桩截面面积，m2;η为桩身水泥土强度折减系数;fcu为90 d龄期水泥土抗压强度平均值，kPa。

按设计，水泥土平均强度fcu0=1.6 MPa，单桩承载力特征值:

水泥土实际平均强度fcu1=1.2 MPa，由式(1)和式(3)计算出理论单桩承载力特征值:

现场试验测得实际单桩承载力特征值为Ra2=101 kN。

所以取单桩承载力特征值101 kN来计算复合地基承载力。

水泥搅拌桩平面布置图见图1。

其中，fspk为复合地基承载力特征值，kPa;Ra为单桩竖向承载力特征值，kN;Ap为水泥搅拌桩截面面积，m2;A为1根桩所承担的处理面积;m为面积置换率;fsk为桩间土天然地基承载力特征值，kPa;β为桩间土承载力折减系数。设fspk0为设计复合地基承载力特征值，kPa;fspk1为理论复合地基承载力特征值，kPa。

设计复合地基承载力特征值:

理论复合地基承载力特征值:

已知fspk0=100 kPa，由式(8)和式(9)可求得不合格桩区域内的理论复合地基承载力特征值:fspk1=82.88 kPa。

3 换填深度计算

按设计要求，三桩压板试验测得的复合地基承载力特征值应大于100 kPa。

三根桩处理的软基面积为:

压板试验用的钢板的半径:

圆形面积上均布荷载作用下，圆形中点以下的附加应力最大，深度为z处的附加应力为:

其中，P为圆形面积上的均布荷载。

查GB 50007-2002建筑地基基础设计规范中附录K.0.3可得圆形面积上均布荷载作用下中点的附加应力系数α，取P=100 kPa。

当 z/r=1.1 时，α =0.595。

当 z/r=1.2 时，α =0.547。

将水泥搅拌桩复合地基作为软弱下卧层，根据GB 50007-2002建筑地基基础设计规范，当地基受力层范围内有软弱下卧层时应按下式验算地基承载力:

其中，Pz为相应于荷载效应标准组合时软弱下卧层顶面处的附加压力值;PCz为软弱下卧层顶面处土的自重压力值;faz为软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值，假定与水泥搅拌桩理论复合地基承载力特征值fspk1相等，则faz=82.88 kPa。

取土的容重γ=18 kPa/m。

当 z/r=1.1 时，z=1.1 ×r=1.1 ×1.2=1.32 m。

Pz1+PCz1=59.50+23.76=83.26 ＞ 82.88 kPa，不能满足Pz+PCz≤faz的要求。

当 z/r=1.2 时，z=1.2 ×r=1.2 ×1.2=1.44 m。

Pz2+PCz2=54.70+25.92=80.62 ＜82.88 kPa，能满足 Pz+PCz≤faz要求。所以换填深度应大于1.44 m，取换填深度1.5 m。

4 换填施工

划线定出有质量问题的水泥搅拌桩的区域，在该区域内首先全部挖除原桩顶以下1.5 m深度范围内的淤泥和水泥搅拌桩，再填筑一层30 cm厚的级配碎石褥垫层，以便分散受力，充分发挥搅拌桩的作用。填好级配碎石褥垫层后，再用内摩擦角较大、稳定性较好的材料回填(如图2所示)。分层回填，用压路机压实，直至回填到原来桩顶标高位置。按照就地取材、节约工程成本的原则，本工程采用了山皮石作为回填材料。