陈晨

（广州市城建规划设计院有限公司，广东 广州 510050）

0 引言

水泥土搅拌桩常用于加固饱和软黏土地基，以水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处对软土和固化剂进行强制搅拌，通过固化剂和软土之间所产生的一系列物理及化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

1 软土的特征

市政道路建设中经常会遇到各种软土，软土一般为呈软塑或流塑状态的黏性土，具有天然含水量大、压缩性高、承载力低和抗剪强度很低的特征。详实的地质勘查资料是合理设计软土处理方案的基础，如果地质资料不全面或不准确，设计人员可能无法清楚地掌握局部沟塘、横向软土分布及深度等情况，会导致所选择的软基处理方法不当或处理深度不够，使得软基处理质量不达标，为工程留下安全隐患。

2 水泥土搅拌桩适用范围

水泥土搅拌桩施工工期短，对环境污染小，进度较易控制，施工技术成熟，常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载能力标准值不高的黏性土等，但淤泥有机质含量较高、塑性指数较大时，处理效果不好。该加固技术的处理深度通常小于15m，超过15m 时处理效果不好。同时，施工过程中桩尖应打穿软土，这样才能充分发挥桩的作用。

3 水泥土搅拌桩复合地基的设计和计算

3.1 单桩竖向承载力特征值的计算

单桩竖向承载力特征值

R

可按下式计算，并取其中较小值。

式（1）中：

u

为桩的周长（m）；

q

为桩周第i 层土的侧阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；

l

为桩长范围内第i 层土的厚度（m）；

α

为桩端端阻力发挥系数，可取0.4～0.6；

q

为桩端端阻力特征值（kPa），取未经修正的桩端地基土承载力特征值；

A

为桩的截面积（m）。

式（2）中：

η

为桩身折减系数,湿法取0.25～0.33;

f

为标准养护条件下，边长70.7mm 的立方体90d 龄期的立方体抗压强度平均值（kPa）。

3.2 搅拌桩复合地基承载力的计算

搅拌桩复合地基的承载力特征值可按下式计算：

式（3）中：

f

为复合地基承载力特征值（kPa）；

λ

单桩承载力发挥系数，取1;

m

为面积置换率；

R

为单桩竖向承载力特征值（kPa）；

β

为桩间土承载力发挥系数，取0.1～0.4；

f

为处理后桩间土承载力特征值（kPa）。

3.3 搅拌桩复合地基沉降的计算

复合地基沉降可根据《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15—31—2016）中的方法验算。地基沉降需满足《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）表6.2.8的要求。该项目为城市次干路，软基处理工后变形量应符合表1要求：

表1 路基容许工后变形量表

位置桥台与路堤相邻处/m涵洞、通道处/m一般路段/m允许工后变形量≤0.20≤0.30≤0.50

4 工程计算实例

4.1 工程概况

拟建钟围路（石浦大道南—东新高速）、石浦大道南（石都北路—钟围路）2 条市政道路，位于广州南站核心区外东南角，紧邻广州南站核心区。这两条道路规划均为城市次干路，规划宽度40m，设计速度40km/h，总长度813m，其中钟围路长约360m，石浦大道长约453m。

拟建道路大部分为低填方路基，局部为低挖方路基，填方高度约1～2m，浅部地基土主要为种植土、淤泥质土层，且广泛分布，厚度较大，埋藏较浅，在荷载作用下，沉降时间长，沉降量大且沉降不均匀，未经处理不能作为基础持力层使用，必须对浅部地基软土层采取有效的工程措施处理。

4.2 工程地质条件

根据该项目地质勘察报告，场地沿线分布的地层按自上而下顺序及其特征：

（1）杂填土层：灰黄色、褐黄色、灰褐色、褐红色，稍湿～饱和，松散～稍压实，主要由黏性土、建筑垃圾组成，压实均匀性差，原老路路基稍压实。平均厚度3m。

（2）淤泥质土：灰色、灰褐色，饱和，松散，颗粒成分为石英、长石，分选性好，级配差，粒间充填较多淤泥，平均厚度8.9m。

（3）粉质黏土层：灰黄色、浅灰色、灰白色，湿，可塑，主要成分为粉、黏粒，韧性及干强度中等，切面稍光泽，含少量砂粒。平均厚度2m。

（4）中砂层：灰黄色、灰白色，饱和，松散～稍密，颗粒成分为石英、长石，分选性一般，级配较差，粒间充填较多粉细砂及少量黏粒，局部相变为薄层粉细砂。平均厚度2m。

4.3 特殊性岩土评价

根据该项目的地质资料，由于钻孔深度有限，钻探深度范围内未发现构造断裂破碎带，广州市基岩地质图显示没有断裂通过该场地。拟建场地内未发现有滑坡、危岩、崩塌、泥石流、采空区、地面塌陷及岩溶等不良地质作用。

该场地的特殊性土主要有人工填土、软土。

（1）杂填土层：沿线有分布，厚度不均匀，松散～稍压实，成分极不均匀，承载力低，压缩性高。未经处理不能作为拟建道路的天然地基。

（2）淤泥质土层：沿线均有分布，厚度不均匀，流塑，为场地内软土层，具有承载力低、高压缩性、高灵敏度、抗剪能力差等特点，工程力学性质极差。未经处理不能作为拟建道路的天然地基。

根据拟建场地附近勘察资料，为保证路堤的稳定性，减小工后沉降和沉降差，提高路面的平整度和行车的舒适性，必须对软基进行有效处理。

4.4 最不利断面及计算参数选用

4.4.1 最不利断面

取最不利断面进行复合地基承载力计算，一般选择填土较高且软土地基厚度较大的路段，根据该项目勘察报告，最不利钻孔各岩、土层物理性能参数取值见表2。

表2 各岩土层主要力学性质指标值

土层名称厚度/m 侧摩擦力/(q/kPa)地基承载力特征值/kPa 容重/(kN/m)压缩模量/MPa杂填土3—18.5淤泥质土层8.9 65 17—3粉质黏土8 5 15 100 18.5 4.5中砂层2 2 14 150 18.7 4.0

路基填土厚度h=2.65m（其中路面厚度62cm）；路面结构为10cm 沥青面层+32cm 水稳基层+20cm 厚级配碎石；路基宽度40m。

4.4.2 基底压力

基础地面以上土层的加权平均重度为：

γ=(0.1×23+0.32×24+0.2×23+1.53×18+0.5×23)/2.65=20.23kN/m

车道荷载:

该道路荷载应采用城-B 级：

一是均布荷载为q=10.5×0.75=7.875kN/m

二是集中荷载，取最大值P=360×0.75=270kN

根据《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31—2016）第5.2.2 条规定：轴心荷载基础底面的压力，可根据下列公式确定，得到加固地基顶面压力（地下水位为地面线以下1m）为：

P=(F+G)/A=20.23×2.65/1+7.875/1+270/（20×1）=74.98kPa

软基处理过程中所采用的水泥土搅拌桩桩直径0.5m，桩距初步取1.2m，水泥土搅拌桩呈正三角形布置，水泥土搅拌桩上铺设一层50cm 厚碎石垫层，要求水泥土搅拌桩打穿软土层进入亚黏土层1m，有效桩长10m（见图1、图2）。一般路段复合地基承载力计算要求不小于100kPa。

图1 水泥土搅拌桩横断面示意图

图2 水泥土搅拌桩平面示意图

4.5 水泥土搅拌桩复合地基承载力计算

水泥土搅拌桩单桩竖向承载力特征值，按式（1）、式（2）计算：

取两者最小值

R

=98.13kN

面积置换率m=d/de=0.1575

水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值，按公式（3）计算：

满足要求。

4.6 沉降计算

复合地基压缩量的提高倍数

ξ=

f

/

f

=100.64/74.3=1.35

基础埋深l=2.65m，基础宽度b=40m。

桩基复合土层附加压力：P=74.98kPa

通过《建筑地基基础设计规范》DBJ 15—31—2016计算地基变形量（见表3）。

表3 地基变形量计算表

土层名称淤泥质土层粉质黏土Zi αi 修正压缩模量Es/MPa P0 Ai S＇/mm 8.9 4.05 74.98 8.201 182.425 10.9 0.9214 8 0.8822 6 6.075 74.98 1.415 39.254中砂层14 0.8172 5.4 74.98 1.824 37.637 259.316——————

压缩模量当量值Es=∑Ai/∑(Ai/Esi)=4.71MPa，沉降计算经验系数ψs=0.93。

总沉降量：s=0.93×259.316mm=24.12cm＜50cm，沉降满足《城市道路路基设计规范》（DBJ 15-31—2016）的要求。

5 结语

综上所述，水泥土搅拌桩是处理软土地基的一种有效方法，在应用该技术时需要根据详细的地质勘查资料，合理设计加固方案，计算水泥土搅拌桩复合地基的承载力，并落实好施工细节，如此才能更好地发挥出水泥土搅拌桩处理技术的作用。