（山东济铁设计咨询有限公司青岛设计分公司，山东 青岛 266002）

浅谈水泥土搅拌桩在地基处理中的应用

徐广杰

（山东济铁设计咨询有限公司青岛设计分公司，山东 青岛 266002）

本研究以山东诚力科技发展有限公司铁路专用线扩建工程为研究案例，结合工程实践介绍了设计、施工工艺及保证质量的组织技术措施。

水泥土搅拌桩；搅拌；工艺试桩；无侧限抗压强度试验；承载力；静载试验

1 概述

山东诚力科技发展有限公司铁路专用线扩建工程中，淄东线上两座盖板涵K59+550及K59+585需接长，经地质勘探，持力层地基承载力为95kPa，小于涵洞设计基底应力160kPa，需做地基加固处理。现将K59+550涵洞地基处理方案简介如下，该涵为排洪涵，常年有水流，设计流量0.5m3/s。

2 工程设计

2.1 地质条件

工程为河湖相沉积平原，在勘探深度范围内揭露土层均为第四纪全新世沉积的土层，施工场地微地貌不发育，从钻探资料所揭示的地层来看，地层分布如下：

第一层：耕土，以粉土为主，伴有植物根等，均厚0.83m。

第二层：粉土，黄褐色，含铁质氧化物及云母片，低干强度，低韧性，含水量23.1%，干重度19.3kN/m3，孔隙比0.686，液性指数0.38，自然地基承载力95kPa，均厚3.41m。

第三层：粘土，棕褐色，褐色，含铁质结核，中等干强度，中等韧性，含水量34.0%，干重度18.4kN/m3，孔隙比0.967，液性指数0.68，自然地基承载力90kPa，均厚3.86m。

第四层：粉土，灰黄色，黄褐色，含铁锰质氧化物及云母片，低干强度，低韧性，含水量24.4%，干重度19.4kN/ m3，孔隙比0.691，液性指数0.37，自然地基承载力120kPa，均厚1.26m。

该场地地下水的类型为第四系孔隙潜水，补给来源以大气降水为主。勘察工作结束后统一测了地下水位，勘察时平均水位埋深平均值为1.50m，稳定水位标高平均值为7.57m，水位变化受季节影响明显，变化幅度在0.80m～2.00m左右。

2.2 地基处理设计

2.2.1 确定方案

通过设计计算，②层顶为涵洞流水面，天然地基承载力仅为95kPa，远远低于涵洞设计基底应力160kPa，显然需采取加固措施。设计中曾考虑按常规基底换填砂夹碎石方案，但该工程距线路近，对既有线路路基影响较大，需考虑线路加固措施，对线路运输干扰大，且费用高。为找到更合理的设计方案，查阅大量的相关资料，最后决定采用水泥土搅拌桩加固地基。水泥土搅拌桩是利用搅拌桩机，将水泥（浆）及外掺剂喷入软弱基土中，并在原位进行强制搅拌，通过水泥和土的一系列复杂的物理化学作用形成水泥土桩体，与基土共同作用形成复合地基，达到提高承载力和减少沉降的目的，这种桩的优点：可加固改良地基，提高地基承载力和水稳性，对环境无污染，且施工时无噪声，对相邻建筑物无影响，机具设备简单，液压操纵，技术易于掌握，成桩效率高（8m长桩，每台桩机每天可完成100根），加固所需费用较低，只要严格按设计要求控制进尺及水泥掺入量，采用全程复搅使桩身均匀，同时解决好桩底水泥土与下卧硬土层的结合问题，该方案完全可以满足本涵的承载力和沉降要求。

2.2.2 设计计算

根据水泥土搅拌桩的作用机理可知，所形成的水泥土桩体与桩周土组成复合地基共同承担建筑物荷载，由于二者刚度相差较大，桩体与桩间土如何分担建筑物荷载是较为复杂的问题，目前，可按下列经验公式计算加固后水泥土搅拌桩复合地基容许承载力。

式中：σsp——复合地基容许承载力（kPa）；

σs——桩间土天然地基容许承载力（kPa）；

m ——置换率；

Ap——桩身截面积（m2）；

β ——桩间土承载力拆减系数，当桩底为软弱土层时，可取0.5～1.0，桩底为硬土时，可取0.1～0.4；

[P] ——单桩容许承载力（kN）。

单桩竖向承载力可按下面两公式计算，并取其较小值：

式中：η——桩身强度折减系数，粉体搅拌桩可取0.2～0.3，浆体搅拌桩可取0.25～0.33；

Pf——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）；

Up——桩身周长（m）；

qi——桩周第i层土的容许摩阻力，对淤泥质土可取6～12kPa；对软塑状态的粘性土可取10～15kPa；对可塑状态的粘性土可取12～18kPa；

Li——桩周第i层土的厚度（m）；

α ——桩底地基土容许承载力拆减系数，可取0.4～0.6，承载力高时取低值；

qp——桩端地基土容许承载力（kPa）。

通过拟定不同桩径、桩距和桩长做了试算比较，在大量试算基础上，经过技术经济比较，最后采用桩径0.5m，等边三角形布桩，桩间距1m设计，以涵洞流水面做为②层顶，基础厚1.2m，砂垫层0.3m，按6m桩长计算，②层桩长1.9m，qi=12kPa，③层桩长3.8m，qi=12kPa，④层桩长0.3m ，qi=15kPa。

单桩承载力[P]=1.57×（12×1.9+12 ×3.8+15×0.3）+0.5×120×0.196= 126.2kPa

则Pf需大于等于126.2/0.25/0.196= 2576kPa

复合地基容许承载力σsp=0.227× 126.2/0.196+0.3×（1-0.227）×90=167.0kPa＞160kPa，满足设计要求的地基承载力。

3 .施工控制

水泥土搅拌桩地基加固技术成本地、工效快，大量运用于工民建工程，因喷浆量、搅拌均匀性等不易控制，如何保证施工质量是该涵地基加固处理的关键所在。

3.1 工艺性试桩

在正式施工前选取一定数量的桩进行试打，从而确定桩机在本工程地质条件下的施工技术参数（桩机钻进速度、提升喷搅速度和复搅速度、刮灰器转速与喷搅提升速度的配合、空压机风压和风量等）。工艺性试桩所确定的参数，为施工、监理单位提供了操作性很强的量比指标，为保证工程质量提供了可靠的依据。

3.2 工程桩施工

采取24h质监员跟班检查服务业，重点检查每米的喷浆量、桩长、桩位垂直度及桩机下钻、上提速度，此外，采用电子秤（计量装置）对每根桩的喷浆量进行控制，并每米记录一次喷浆量，以准确跟踪每根桩从下到上的质量情况，一旦在某个深度出现灰量不足或断灰情况，可以准确地进行补喷。

3.3.1 无侧限抗压强度试验

成桩28d后，应采用双管单动取样器在桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察桩体完整性、均匀性，取不同深度的不少于3个试样作无侧限抗压强度试验。检验数量为施工总桩数的2‰，且不少于3根。

3.3.2 载荷试验

成桩28d后应进行单桩或复合地基载荷试验，根据《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106—2010）所规定的试验方法，确定水泥土搅拌桩复合地基容许承载力σsp＞160kPa。随着龄期增长，地基承载力仍有一定程度的提高。

4 结束与体会

水泥土搅拌桩是一种高效、经济和安全的地基处理技术，不仅可用于一般桥涵工程，也可用于大型公路，设计和施工中应注意以下几点：

4.1 适当地层条件

拟加固的软土地层厚度一般应小于10m，且下卧硬土层天然地基承载能力以大于150 kpa为宜，桩底进入硬土层的深度应视硬土层含水量、强度、通过工艺桩取样试验确定，务必保证硬土层内桩体搅拌均匀、固结良好和桩尖与硬土层的良好接触，绝非进入硬土层越深越佳，避免因固结差而导致削弱桩体强度。

4.2 桩身均匀控制

一般操作规程规定，水泥土搅拌桩复搅深度为1/2桩长或1/3桩长，从工艺桩取芯结果看，一次喷浆提升成桩桩体水泥土搅拌均匀性差，影响了桩身强度，为保证桩身均匀性应采用全程复搅工艺成桩。

4.3 钻杆提升时间

为保证桩尖成桩质量，钻至桩底后，钻机应在原地旋转1～2分钟，打开浆罐后，应等浆体从喷嘴喷出后才能提升，浆体从钻口到喷嘴的时间与连接两者的皮管长度和空气压力有关，应由试验确定。

4.4 精心施工

水泥土搅拌桩为隐蔽工程，成桩质量不易认定，极易造成喷浆量不足，进尺不够，搅拌不均匀等质量事故。因此，必须要有一支高度责任感和高素质的施工队伍，监理单位应全程旁站，逐一记录，严格按设计和工艺试桩参数施工。

[1]水泥土搅拌桩施工中常见问题的认识和处理[J].西部探矿工程，2006.

TU47 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

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