地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术实践应用

地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术实践应用(发表论文)

作者：杨永军??发布于：2012-03-2811:17:50??文字：【大】【中】【小】

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摘要：地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术在基础工程方面应用较广，本文主要针对水泥搅拌桩施工技术概述、适用范围、处理形式、问题分析、工艺以及案例分析等几个方面进行了初步论述。关键词：地基基础?水泥搅拌桩?施工技术?实践应用

水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基基础深处将软土与水泥浆强制拌合，使喷入软土中的固化剂与软土充分拌合在一起，由固化剂和软土之间所产生的一系列物理和化学作用，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥加固土桩柱体，由若干根这类加固土桩柱体和桩间土构成复合地基，共同承担上部荷载。水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基基础承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基基础。与刚性桩相比，水泥搅拌桩的桩身强度可与桩的承载力相协调，桩身强度可充分发挥，具有比较经济的特点。同时，水泥搅拌桩还具有施工工期短、适用范围广泛、对周围环境影响小等优点。发表论文

1水泥搅拌桩施工技术概述水泥搅拌桩是用于加固饱和软粘土地基的一种方法，即利用搅拌设备、按一定的施工工艺、将水泥固化剂均匀喷入和搅拌在桩处理范围内的原状土中，使水泥和土发生物理化学作用形成一定强度的土体桩，并和处理后的桩侧土共同满足建筑工程承载力和抗变形的要求，保证土体稳定。经处理后的土体及生成的水泥土桩组合成复合地基。这里有二层意思：一是土体桩不是基础而是地基，二是土体桩是经人工处理后的地基，它与桩周土共同承担荷载基础应力的作用。特别是近几年随着施工设备的改进，施工工艺的完善，质量检测与判定方法的日趋成熟，以及对其地基工程特性理论分析和应用上的提高，水泥搅拌桩处理软土地基的方法愈来愈扩大。在公路路堤工程中使用更具优势。目前高速公路路基施工中常用水泥作为固化剂，剂量通常是加固土体重量的10％-15％，最佳固化剂用量可通过现场试桩确定。土体桩径一般为50cm-60cm，处理深度一般为15m左右，布桩方式一般设置为正方形和正三角形，面积置换率(A桩/A总)一般为0.10-0.15。桩径和桩长深度主要受制于设备能力。设计固化剂用量可依据天然土体的物理力学性指标和设计强度确定，一般可取土样在室内试验，现场试桩验证。面积置换率是复合地基承载力计算的重要参数，也是桩位布置的主要依据，它反映土体和桩体承载时各自的权重。水泥搅拌桩地基工程建筑中主要应用概括起来有：增加软土地基的承载力，减少地基的沉降量和不均匀沉降；大面积土体加固防止边坡、岸壁滑动；深基坑开挖引发的坍塌或坑底隆起；作为地下防渗墙阻止渗流或基坑涌水；对工程桩或板桩的侧向软土加固增加侧向承载能力，防止工程桩或板桩发生转动和水平位移等工程上的应用。

2地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术适用范围及处理形式2.1水泥搅拌桩施工技术适用范围水泥搅拌桩施工技术可适用于淤泥、淤泥质土、软粘土、粉土、素填土（包括吹填土）及含水量较高的粘性土等各类软弱土层的处理。发表论文2.2水泥搅拌桩施工技术处理形式水泥搅拌桩施工技术进行地基基础处理的形式多样。既可对建筑物软土基础进行块状或柱状处理．形成桩土复合地基；也可形成格栅式挡墙，作为深基坑临时支护；同时还可施工成壁状，作为水工建筑物等的地下防渗帷幕。

3地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术工艺3.1场地整平将施工场地进行整平，以满足搅拌机行走和移动。并清除现场地面及地下一切障碍物，对淤泥等软弱部位应挖除。并换填好土。基底预留土层厚度应不小于500mm，待基础施工时挖除。3.2试成桩水泥搅拌桩施工前进行试成桩，确定有关施工技术参数，如钻进速度、桩底标高、桩顶标高、灰浆的水灰比、搅拌机的钻进速度、提升速度、单位长度的输浆量及灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间。试桩数量一般不少于3根。3.3放样通过测量控制点测定桩基轴线、定位点和水准点。放设桩位，并对桩位进行编号。在每排桩轴外侧设立控制桩。同时做好对控制桩的固定与保护。发表论文3.4机械选用水泥搅拌桩机有单头深层搅拌机（型号有DSJ-型、GZB-600型等）和双头深层搅拌机（型号有SJB-40型等），作柱状及块状处理的地基基础可采用单头搅拌机，作壁状或格栅状处理的地基应采用双头搅拌机。此外。灰浆搅拌机及灰浆泵应选用专用或配套设备。3.5成桩工艺将搅拌机对准桩位。保证桩机导向架的垂直度。并在机架上标明刻度和桩深位置线。控制桩架垂直度偏差不得超过1.5％，桩位偏差不大于50mm。当搅拌冷却水循环正常后，启动搅拌机电机放松桩架或起重机的钢丝绳，使搅拌机借自重沿导杆切土搅拌下沉，将土搅松。下沉速度可由电机的电流监测表控制．一般为0.38-0.75m/min。如下沉速度太慢，可从输浆系统补给适量清水（点射法射水），以利钻进。施工中应尽量避免冲水，给水过多会影响桩身强度。当搅拌机下沉到一定的深度时，即开始按确定的配合比拌制泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中备用。深层搅拌桩水泥掺入量一般为加固土重的10％-15％，固化剂和外掺剂须通过加固土室内试验方能使用。在钻孔现场选取原状土和拟使用的水泥等固化剂，拌制试块进行无侧限抗压强度试验。对承重水泥搅拌桩取90天龄期试件强度；支护等水泥搅拌桩取28天龄期试件强度。制备好的泥浆不得离析，超过2小时的浆液应降低标号或另作他用。泵送必须连续。拌制浆液的罐数、水泥用量以及泵送浆液的时间由专人控制，并做好记录。用流量泵控制输浆速度，使注浆泵出口压力保持在0.4-0.6MPa。并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆从搅拌机中心管不断压入地基基础中，为保证桩端施工质量，当浆液到达出浆口后，应喷浆座底30秒，使浆液完全到达桩端。边喷浆边搅拌，直至提出地面完成一次搅拌过程。提升时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。一般按0.5m/min的均匀速度提升。搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求。应有专人记录搅拌机每米下沉或提升的时间。深度记录误差不大于50mm。时间记录误差不得大于5秒，施工中发现的问题应及时处理。搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时。集料斗中的水泥浆应正好排空，为使土体和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后。将搅拌机边喷浆边提升出地面，即完成一根桩体。重复搅拌喷浆提升至孔口．宜采用慢速提升。当喷浆口到达桩顶标高时宜停止提升。搅拌数秒，以保证桩头的密实性。

4地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术涉及的问题分析4.1总量控制问题水泥搅拌桩施工技术只不过是改善被加固深度的软弱地基土的物理、力学性质，使软土硬结成具有整体性和水稳定性、地基变形量降低、地基承载力提高的良好地基，但它不可能不产生沉降。问题是将沉降量控制在多少范围，一般来说，沉降量过大，容易产生沉降差偏大。而沉降差的控制，还要看工程的结构类型。整体性好、层刚度大的刚性方案的工程总要比大空间的层刚度小的弹性或刚弹性方案的工程沉降差容易控制；另外，建筑物的体型与沉降差的控制关系甚密，高宽比大的工程比高宽比小的工程沉降差比较敏感。多层建筑的高宽比一般在2以内，个别多层框架结构工程的高宽比达2.7。因此在设计水泥搅拌桩时，其总量控制要注意到不同的结构类型：结构选型容易产生沉降差的工程，要适当放宽；高宽比接近临界值的工程，容易产生沉降差，总量也要适度放宽。这就是地基与基础设计中定性分析、概念设计。4.2群桩的形心与建筑物的重心问题建筑物之所以倾斜，原因之一是基础的形心与建筑物的重心偏移太大所致，这就是整体稳定设计，尤其是软弱地基，它除了设计计算偏心引起倾斜以外，还有偏心效应加剧倾斜。在任何版本的规范中，都规定了群桩的形心要与建筑物长期荷载作用下的重心重合，同时使桩基在受横向力和力矩较大方向有较大的抵抗力矩，这一点在桩基设计中往往被设计人员重视，但在水泥搅拌桩复合地基设计中却往往被人们忽视，例如像单边外挑廓的教学楼这样工程，其重心偏移较大，整体计算总的倾复力矩很大，靠加宽外纵墙基础宽度、增加该轴水泥搅拌桩桩数是不能奏效的，应延伸横轴位置布桩，增加桩的抵抗力矩，使其整个工程桩的形心与该建筑物重心吻合。还有框架结构的基础，单柱传给基础的内力，不能仅仅注意到轴力，还要注意到弯矩和剪力。为此，在边柱布桩时，不仅仅只考虑弯矩平面外轴列布桩，更重要的要考虑弯矩平面内轴列布桩。否则，由于柱脚弯矩引起基础转动，而不能约束，与柱脚嵌固的计算假定不符，造成不均匀沉降，引起质量事故。因此，在边柱布桩时宜设置探头桩，并在弯矩平面内有一定刚度的基础拉梁，如果柱网尺寸适宜，框架柱轴力宜按基础梁线刚度在正交二个方向分配，但弯矩和剪力应按计算假定满足设计要求。这样布桩，沉降较均匀。另外一个问题，框架结构也有外悬挑的问题。因此，它除了单柱桩群形心与柱的荷载重心重合计算外，还有整体稳定计算的问题，尤其当建筑物高宽比大于1.5时，软弱地基上的建筑物整体稳定计算应当引起高度重视。发表论文4.3复合地基上的褥垫层的应用某一个工程水泥搅拌桩静压试验，单桩竖向承载力标准值只有设计计算值的70％左右，补桩已是不可能了，调整基础宽度实际上起不到理论计算的复合地基作用，必然是沉降较大。根据静载试验P-S曲线去s/d=0.01所对应的荷载作为单桩承载力标准值，此值为设计计算值的85％左右，然后调整基础宽度，并在其上铺一定厚度的砂石作为褥垫，褥垫层宽度要比调整后的基础混凝土垫层宽度宽出两倍褥垫层厚度，竣工后，沉降仅60-90mm。复合地基上的褥垫层应用，较理想的是应用于纯磨擦型的接近刚性桩或刚性的磨擦桩，例如钢筋混凝土疏桩基础或桩土应力比较大的水泥搅拌桩桩土抗压强度较高、单桩承载力较大、置换率低，而基础较宽应用褥垫层，均可充分发挥牲可土共同作用，会收到良好的工程效益和经济效益。

5地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术——案例分析5.1工程概况某市一中学已建的职工宿舍楼坐落在学校的东南角，育青路的北侧。该宿舍楼工程共有C、D、E、F幢楼。C、D幢布置在场地的北边，E、F幢布置在场地的南边。面临育青路，四幢楼均为8层框架结构的建筑物。总建筑面积9237m2。5.2拟建场地岩土条件已建场地处在花岗岩剥蚀残丘坡脚与丘间洼地两个微地貌单元上。地形由北向南偏西方向倾斜。在洼地中有小溪沟、溪流由东北流向西南，后经回填整平，可作为本工程场地。该场地上部为第四系土层所覆盖，下为付燕山期粗粒花岗岩体，在勘探深度范围内场地岩土层有以下五种类型：杂填土层、冲洪积泥质中粗砂层、坡洪积砂质粘土层、残积砂质粘性土层、粗粒花岗岩强风化层。发表论文5.3地基处理方案的选择由于本工程四幢宿舍楼均为8层框架结构建筑物，桩荷载较大，杂填土层（厚度0.4-1.7m）不宜作为天然地基持力层，而泥质中粗沙层（厚度0-4m）属中高压缩性土，其承载力标准值仅100KPa，也不是建筑物基础理想的天然地基持力层。除这两层外，其他各土层可作为基础（天然地基或桩基）持力层。（1）C、D幢宿舍楼；该两幢宿舍楼部位因没有泥质中粗砂层，杂填涂层厚度又不大，可以全部挖除。因此该两幢建筑物可直接采用以砂质粘土层为基础持力层的天然地基，不必进行地基处理。（2）E幢宿舍楼；该楼部位土层比较复杂，杂填土层下为2-4m厚的泥质中粗砂层。对该幢地基基础处理基本上有三种方案可以选择：一是采用片筏基础，基础落在泥质中粗砂层上，但泥质中粗砂层厚度不一，相差2m，该层又属中高压缩性土，会产生均匀沉降，建筑物将会出现倾斜现象，故不可取。二是采用独立墩基础，该方案是将泥质中粗砂层挖除掉，然后用C15抛石砼墩基作为基础。考虑到泥质中粗砂层透水性好，且地下水位高于砂层，基础施工时，可能产生涌水、流沙等不良现象，给施工带来一定困难，开挖时需采取一些可靠的措施，而采取措施工程费用又要增加，故该方案无论从技术上，还是从经济上来看，是大不可取的。三是采用桩基础。（3）F幢宿舍楼该幢楼地基土就更复杂。F幢靠东部（约建筑物长的1/3）其土层同C、D幢；而西部（约建筑物长的2/3）其土层又同E幢，但泥质中粗砂层厚度变化更大，从0-3m厚，故只能用桩基来进行加固处理。（4）E、F幢宿舍楼桩型的选择；沉管（包括振动或打入式）灌注桩是加固软弱地基常用桩型之一。但沉管灌注桩噪音较大，而场地四周密布教委、电业局、检察院及卫校等单位宿舍群，毗邻振万教学楼，必将严重影响周围居民的日常生活及学校教育教学活动的正常进行。再加上本场地分布着一定厚度的硬塑沙质粘土层（标贯击数在40左右）将增加桩身贯入的难度，给施工带来一定的困难。还有一种桩型是用深层水泥搅拌来加固本场地中的泥质中粗砂层。水泥土搅拌法加固软土技术具有以下独特优点：由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因此最大限度地利用原土，减少外运土方的工程量，降低了工程成本；搅拌时不会使地基侧土挤出，所以对周围原有建筑物的影响很小；按照不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活。C、D、E、F幢从62m2/套-135m2/套共计五种户型，可以根据上部结构的需要，灵活地采用桩状、壁状，格栅状和块状等加固型式；施工时无振动、无噪音、无污染，对在密集住宅建筑群周围进行施工，其优点尤为突出；土体加固后宽度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；与钢筋砼桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价。综上所述，不管从技术上，还是从经济上比较，以及施工对周围环境的影响，用深层水泥搅拌桩来加固本场地的泥质中粗砂层有它独到的优越性。设计单位采纳了水泥土搅拌法来处理本场的软土地基。

6结语地基基础处理中的水泥搅拌桩施工技术因考虑桩土共同作用以及其造价的低廉，决定了该桩型具可观的经济效益，但因其施工质量不易控制，所以使用范围受到一定控制。发表论文水泥搅拌桩虽具有一定强度，但其受力特性更符合柔性桩，符合地基基础假设条件，不要误认为是桩基础。因此不要片面追求桩身强度，可使桩身具有一定的变形量。按应力传递规律，也不必强调桩身上部与下部强度一致。