董晓芳　郭志伟

(1.山西二建集团有限公司，山西 太原　030013；　2.北京中外建建筑设计有限公司山西分公司，山西 太原　030013)

0　引言

近年来，随着社会的发展，科技的进步，人们在建筑领域对地上、地下空间的使用更为广泛，地基处理变得更加重要，尤其夯实水泥土桩的发展，因其施工便利，设备简易，成本低，工期短，桩体强度较高等优点，且设计理论和施工工艺日趋成熟，故此复合地基处理方法在工程中应用愈来愈多，它主要适用于地下水位较低的地区,对于粉土、粘性土、素填土等地下水位以上的土质，厚度一般不应大于10 m，主要适用于我国北方地区，尤其是在北京、山西、河北等地被广泛应用。

1　桩型简介

夯实水泥土桩复合地基，材料为水泥和土，二者按比例拌合均匀,场地打孔后,分层将此拌合物灌入孔内，并采用夯实机分层夯实，从而形成一种新的增强体的复合地基。此复合地基包括夯实水泥土桩、桩与桩之间的原有土质和桩上部的褥垫层，其中夯实水泥土桩作为主要力量，一方面对桩与桩之间的原有土质在钻孔与夯填时起到了挤密作用，使桩周围土质强度进一步提高，另一方面水泥与换填土在搅拌、夯实过程中发生一系列物理化学反应，不仅提高了桩本身强度，还明显提高了复合地基强度和抗变形能力。该特性与其他种类水泥土桩相似,但由于其制桩工艺特殊,所以其承载和变形特性有其独特的特点。

2　工程概述

2.1　工程概况

本工程为下栅新型农村社区7号住宅楼,主体建筑为地下1层,地上18层(19层为局部凸出屋面电梯机房),地下为储藏室,地上均为住宅。建筑面积为12 983 m2，其中基地面积为672.5 m2，总高度为54.900 m,高层建筑按高度分级:A级。主楼结构体系采用框架剪力墙结构。基础采用钢筋混凝土肋梁筏板基础。地基处理根据地质条件采用夯实水泥土桩复合地基。

2.2　地质条件

本工程自上而下的土层工程地质特征如下：

第①层：杂填土及素填土，平均层厚为1.37 m;第②层：湿陷性黄土，平均层厚为1.67 m，承载力特征值为130 kPa;第③层：粉土，平均层厚为7.08 m，承载力特征值为130 kPa;第④层：粉质粘土，平均层厚为3.62 m，承载力特征值为140 kPa;第⑤层：粉土，平均层厚为2.17 m，承载力特征值为160 kPa。

本工程勘探深度范围内未见地下水,地基土对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性。场地不存在不良地质现象,可不考虑震陷影响，场地土为不液化土，地基土为Ⅰ级(轻微)非自重湿陷性场地，建筑场地类别为Ⅲ类场地。

2.3　地基处理

本工程由于天然地基承载力不能满足上部结构荷载要求，采用夯实水泥土桩对地基进行处理，桩身材料采用水泥与土的混合料，水泥与土的体积比暂按1∶5，具体应通过配合比试验确定。当在进行配比试验时，必须对现场土质进行抽样，确定土质情况，根据土质情况选择合适的水泥，进行优化配比，夯实水泥土桩桩体强度取28 d龄期试块的立方体抗压强度平均值。本工程持力层为第②层黄土层，桩端进入第④层粘土层。

2.4　桩体计算

夯实水泥土桩成孔直径400 mm,成桩直径450 mm,桩距1.0 m,有效桩长10.0 m,桩头0.50 m,正三角形布桩。

1)复合地基承载力计算。

单桩竖向承载力特征值计算。

由JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范7.1.5条：Ra=up∑qsili+aPqpAp。

其中，up为桩的周长,up=1.413 m；qsi,qz分别为桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值，kPa；li为第i层土的厚度，m；Ap为桩的截面积，Ap=0.158 9 m2。

Ra=1.413×(0.62×11+8×22.5+1.38×33)+0.5×450×0.158 9=364.07 kN。

面积置换率计算:

其中，d为桩身平均直径,d=0.45 m；de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。

de=1.05s=1.05×1.0=1.05 m。

其中，s为桩间距。

复合地基承载力计算:

由JGJ 79—2012 建筑地基处理技术规范7.1.5条，fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk。

其中，fspk为复合地基承载力特征值，kPa；m为面积置换率，m=0.183 7;Ra为单桩竖向承载力特征值，Ra=364.07 kN；β为桩间土承载力折减系数，β=0.90；fsk为处理后桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值，fsk=130.00 kPa。

fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk=

1.0×0.183 7×364.07/0.158 9+0.9×(1-0.183 7)×130=

516.39 kPa>320 kPa。

由fspk=320 kPa反算得Ra=190 kN。

由JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范7.1.6条,4Ra/Ap=4×190 000/158 962.5=4.78

fcu≥4Ra/Ap，桩身混凝土强度满足规范要求。

2)桩体混合料强度要求达到5.0 MPa(边长150 mm立方体标准养护28 d无侧限抗压强度标准值)，处理后的复合地基承载力特征值不小于320 kPa，单桩承载力特征值不小于195 kN,夯实水泥土桩孔内填的混合料配合比应按工程要求、土料性质及采用的水泥品种，由配合比试验确定。要求桩体强度大于4倍桩体设计压力。

2.5　施工要求

施工前先进行试桩，以试桩确定的复合地基承载力值作为设计依据。成孔方式为机械成孔，桩孔中心偏差不应超过桩径设计值的1/4，垂直度偏差不应大于1.5，桩孔直径不得小于设计桩径。桩孔深度不得小于设计深度。向孔内回填换填土时，必须清地，并原土夯实。分段夯填时，夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定。孔内填料应分层回填夯实，填料的平均压实系数不应低于0.97，压实系数最小值不应低于0.93，水泥等级不低于32.5级，施工前应先进行配合比试验，确定水泥品种及换填土、水泥配合比，施工过程中，对换填土及水泥配比，应有专人进行现场监督，对成孔质量在回填前应及时向监理单位报验，并做好施工记录，如发现现场土质出现异常，应立即停止施工，待查明原因并采取有效措施后方可恢复施工。

2.6　质量检验要求

成桩后，应及时抽样检验桩体质量，且抽样数量不少于总桩数的2%，承载力检验应符合设计规范要求，对复合地基载荷试验和单桩静载荷试验，检验数量不应少于桩总数的1%，且不应少于3点。

3　工程施工主要操作要点

3.1　施工设备

1)洛阳铲夯实机械2台套，夯实锤2个，锤重为1 500 kg～1 800 kg，圆锥形φ250 mm，锤底锥尖角度为100°，人工洛阳铲若干。

2)其他附属工具：平车若干，土筛子若干，铁锹若干，电焊机1台，氧气焊1套，碘钨灯若干，测量工具2套。

3.2　施工顺序

采用隔行隔点跳打。

3.3　桩体材料质量控制

1)土料：采用场地素土，不得含有机质，不得夹有砖块、瓦片及生活垃圾。土料使用前过10 mm～20 mm筛，过干要提前一昼夜洒水湿透。

2)水泥：整齐堆置于规定地点并采取防水防潮措施。

3)水泥土要严格按比例拌合均匀,拌好后4 h内夯填，规定时间内未用完的混合料弃置于规定地点。

4)水泥土的含水量要求接近最优含水量,现场检验方法：“手握成团,落地开花”,若过干宜洒水,过湿宜晾晒。

3.4　成孔质量控制

1)桩孔垂直度按1.5%H控制。

2)桩位允许偏差10 cm(1/4桩径)，桩径允许偏差-2.0 cm，桩孔深度不小于设计深度。

3)成孔后，会同监理、甲方用测绳测量其深度。

4)现场技术人员要认真做好原始记录，随时检查核对桩位、桩数、桩号，以免错打或漏桩。

3.5　桩孔夯填质量控制

1)填料前应先夯实孔底虚土。

2)填料时，填入一小铲车料，夯锤落距不低于2.0 m，连续夯击5击～6击。

3)在填料时应听到最后2击夯击的清脆声再下料。

4)在夯实机的钢丝绳上做桩顶标高标记，如遇缩孔或地下含水量过大时可先夯至桩底标高后再填料。

4　施工质量控制要点

基坑开挖后依据设计及规范要求，我项目部对桩位偏差、桩径、桩顶标高进行检查，检查结果：

1)桩位偏差：最大值为60 mm，最小值为10 mm，符合设计要求。

2)桩顶标高：开挖后，均在±5 cm偏差范围内，符合要求。

3)桩径：最大值550 mm，最小值460 mm，符合设计要求。

4)对分项工程验收，按施工部位共划分为10个检验批进行自检，主控项目：合格率100%，一般项目：合格率95%，施工单位自评评定等级为合格，监理单位验收合格。

5　案例分析

夯实水泥土桩检验质量的关键部分还是桩体夯实的是否密实及均匀，而起决定性因素的还是夯实机的夯实质量和一定的起落高度，夯实能的稳定保证桩体质量。夯实水泥土桩与水泥土搅拌桩的区别在于桩体材料形成不同，桩体强度来源及土材料来源不同，前者为孔外拌且桩长均匀，强度大于后者。

6　结语

夯实水泥土桩地基处理是效果明显的一种方法，在工程中运用应结合各工程特点及条件来判断是否适用该方法，各工程应选择适合的地基处理形式，以便更有效的发挥地基处理的效果和作用。