惠振昊 李 艷 高仁川

(山東省交通工程監(jiān)理咨詢公司青島分公司，山東青島 266071)

1 概述

夯實(shí)水泥土樁是利用專門的成孔機(jī)械成孔，用夯實(shí)機(jī)械(夾板錘)將水泥土填料分層夯實(shí)，樁及樁間土共同作用組成復(fù)合地基，故稱之為夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基。成孔方法應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)，孔深、孔徑、施工機(jī)械等確定，分為機(jī)械成孔和人工成孔。人工成孔采用洛陽(yáng)鏟結(jié)合成孔器完成，機(jī)械成孔采用卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)的提升式重鏟。另外，按設(shè)計(jì)要求分為擠密樁和非擠密樁兩種。樁孔的夯填一般采用提升式夾板錘完成，填料虛鋪厚度150 mm～200 mm，夯擊3次～5次，或每填一锨料(樁內(nèi)虛厚度約50 mm)夯擊1次～3次。水泥土樁復(fù)合地基，具有開挖土方少，施工速度快，節(jié)約投資等優(yōu)點(diǎn)，且為干作業(yè)，受氣候影響小，在提高地基承載力，減少地基變形量方面有明顯的效果。本工程打樁4 361根，投資40萬(wàn)元，加固地基總面積16 000 m2。夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基適用于填土、粘土、亞粘土等軟弱地基處理，一般要求所在地域的地下水位應(yīng)低于樁底標(biāo)高。

2 工程實(shí)例

1)石家莊華潤(rùn)購(gòu)物廣場(chǎng)，建筑面積2.7萬(wàn)m2，框架結(jié)構(gòu)2層，設(shè)計(jì)使用荷載大，基礎(chǔ)為混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)要求地基承載力大于200 kPa。水泥土樁施工圖設(shè)計(jì)為獨(dú)立基礎(chǔ)下群樁加固，總樁數(shù)6 136根。

2)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該地區(qū)地質(zhì)分布情況是:0 m～1 m深為回填土及耕植土，1 m～5 m深為粘土和亞粘土，承載力為90 kPa～110 kPa，土質(zhì)稍濕～濕，呈可塑～軟塑狀;5 m～15 m深為粉質(zhì)粘土，為中壓縮性土，土質(zhì)稍濕～濕，呈可塑～軟塑狀，分布均勻，承載力為110 kPa～140 kPa。該地區(qū)地下水位在－25 m，從地質(zhì)報(bào)告的土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，若利用粉質(zhì)粘土作為持力層，地耐力滿足不了設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行加固處理。

3)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采用在獨(dú)立基礎(chǔ)下的非擠密型夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基，樁徑350 mm，樁深6.5 m，樁間距600 mm～900 mm，加固處理的深度均在地下水位以上，土的含水率在16%～20%，超過(guò)者予以晾曬，不足者灑水濕潤(rùn)。夯實(shí)水泥土樁配合比水泥∶土的體積比為1∶5，采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。樁體完成后，清理樁頭200 mm～300 mm的樁頂不實(shí)的部分;按照規(guī)范取總樁數(shù)的1%的樁進(jìn)行檢測(cè)，其持力層地基承載力全部大于20 kPa，極大地改善了土的壓縮變形性能，完全滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)檢測(cè)合格后，鋪設(shè)碎石褥墊層，厚200mm，然后正式做基礎(chǔ)。

3 水泥土的加固機(jī)理與特征

1)水泥土加固機(jī)理:水泥土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與混凝土的硬化機(jī)理不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗細(xì)填充料中進(jìn)行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度較快;在水泥加固土?xí)r，由于水泥的摻量少，水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)——土的圍繞下進(jìn)行，所以硬化速度緩慢且作用復(fù)雜，因此，水泥加固土的強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程比混凝土緩慢。水泥加固基本原理是水泥與土經(jīng)拌和后發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)而逐步硬化。

2)水泥土的特性:a.水泥土一般采用32.5級(jí)普硅水泥，水泥土的無(wú)側(cè)限強(qiáng)度比天然軟土大幾十倍至數(shù)百倍，其變形特征隨強(qiáng)度的不同而介入脆性與塑性之間，水泥摻入比為7%～15%時(shí)，表現(xiàn)為彈塑性，水泥摻入比為15%～20%時(shí)，表現(xiàn)為脆性。b.水泥摻入比是指水泥重量與被加固的軟土重量之比，一般情況不宜小于12%，本工程摻入比為20%。c.水泥土的強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而增加，一般在齡期超過(guò)28 d后，強(qiáng)度仍有明顯增加，該工程根據(jù)當(dāng)?shù)氐臋z測(cè)經(jīng)驗(yàn)，采用28 d的強(qiáng)度作為水泥土的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度是安全可靠的。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

1)設(shè)計(jì)依據(jù)包括施工圖、工程地質(zhì)報(bào)告、建筑場(chǎng)地條件，現(xiàn)場(chǎng)試樁的檢測(cè)數(shù)據(jù)、施工機(jī)械及施工經(jīng)驗(yàn)等。

2)樁的布置及材料要求，樁的布置一般采用矩形排列，樁徑一般為300 mm～400 mm，樁長(zhǎng)不小于3 m，樁尖進(jìn)入持力層的深度不小于0.2 m。本工程樁徑采用350 mm，樁長(zhǎng)采用6.5 m，樁尖進(jìn)入持力層1.5 m，樁體材料配比一般為1∶5～1∶8，本工程采用1∶5，土的含水量16%～20%，以上數(shù)據(jù)均通過(guò)設(shè)計(jì)前的現(xiàn)場(chǎng)同條件實(shí)驗(yàn)獲取。

3)水泥土樁復(fù)合地基的承載力應(yīng)通過(guò)成樁的復(fù)合地基載荷實(shí)驗(yàn)確定，亦可按下式計(jì)算確定:

其中，fo為復(fù)合地基承載力;fp為單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值;fs為樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值;β為樁土置換率;K1為樁的承載力發(fā)揮系數(shù)，一般取1.0;K2為樁間土的承載力發(fā)揮系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，一般為0.8 ～1.0。

5 施工過(guò)程質(zhì)量控制

5.1 材料質(zhì)量控制

工程所用水泥必須具備合格證、檢驗(yàn)報(bào)告，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣復(fù)檢合格后方可使用。夯實(shí)水泥土樁所用土料有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)不大于5%;土料粒徑應(yīng)不大于20 mm。含水量與最優(yōu)含水量比誤差為2%，最佳含水率以“手握成團(tuán)、落地開花”為好。

5.2 夯實(shí)水泥土樁的質(zhì)量控制

1)為保證樁的位置正確，應(yīng)該從定位放線開始進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在樁位測(cè)量放線復(fù)驗(yàn)檢查時(shí)，對(duì)樁位應(yīng)認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正，樁的軸線位移控制在0.25D(D為樁徑)。

2)對(duì)樁徑控制是通過(guò)對(duì)孔徑檢查來(lái)完成，孔的局部縮徑偏差必須不大于20 mm，用鋼尺或?qū)Ｓ脵z查工具檢查，并作好記錄。

3)對(duì)樁長(zhǎng)的控制是通過(guò)測(cè)量孔深來(lái)實(shí)現(xiàn)，要求孔深自褥墊層下(－2.30 m標(biāo)高)不能小于設(shè)計(jì)規(guī)定的6.5 m，成孔后用鋼尺檢查，并作好記錄。

4)對(duì)樁體干密度質(zhì)量控制:夯實(shí)水泥土樁樁體質(zhì)量的抽查數(shù)量不少于樁體總數(shù)的2%，且不少于6根樁。

5)樁孔垂直度要求不大于1.5%，成孔過(guò)程中用吊線錘隨時(shí)檢查。

6)褥墊層夯實(shí)度允許偏差不大于0.9，用鋼尺測(cè)量。

5.3 機(jī)械設(shè)備選用

本工程設(shè)計(jì)為非擠土成孔，因此可選用機(jī)動(dòng)洛陽(yáng)鏟。

5.4 質(zhì)量控制措施

1)成孔施工中應(yīng)控制好樁孔位置、垂直度、樁徑、樁孔深度，使其符合下列要求:樁孔中心偏差不超過(guò)樁徑設(shè)計(jì)值，樁孔垂直度偏差不大于1.5%，樁孔直徑不小于設(shè)計(jì)樁徑，樁孔深度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)深度，對(duì)以上各項(xiàng)檢查后作好記錄。

2)成孔后應(yīng)注意檢查孔底土質(zhì)的情況是否符合設(shè)計(jì)要求，如果出現(xiàn)軟弱土層，應(yīng)會(huì)同有關(guān)各方共同協(xié)商解決方案，采取有效的處理措施。

3)向孔內(nèi)填料前，孔底必須夯實(shí)，樁頂夯填高度應(yīng)大于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高200 mm～300 mm，墊層施工時(shí)應(yīng)將多余樁體鑿除，樁頂面應(yīng)水平。

4)夯填時(shí)應(yīng)按照如下施工流程:夯實(shí)孔底(最小3夯)→填料→夯實(shí)→填料→封頂→夯實(shí)。填料與落錘應(yīng)相互協(xié)調(diào)，有序進(jìn)行?；靥钸^(guò)程中隨機(jī)檢查水泥土的配合比(水泥∶土體積比為1∶5)，抽查樁的夯實(shí)質(zhì)量，回填完成后，抽查樁數(shù)2%的樁(本工程共124根樁)，采用輕型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測(cè)。

5)認(rèn)真作好夯實(shí)水泥土樁施工記錄，并每天由專人復(fù)核簽字。

5.5 需要重點(diǎn)控制的工序及關(guān)鍵部位

1)審批夯實(shí)水泥土樁施工方案。審批水泥材料報(bào)驗(yàn)單，按照現(xiàn)場(chǎng)見證取樣的規(guī)定，每200 t為一個(gè)檢驗(yàn)批，取樣復(fù)試。

2)在施工過(guò)程中采用平行檢驗(yàn)的方法，對(duì)成孔及打樁質(zhì)量進(jìn)行檢查，對(duì)不符合規(guī)范要求的部位整改、返工，直到滿足要求。成孔后，如不能馬上夯填，要求加強(qiáng)對(duì)孔的保護(hù)。對(duì)成孔的質(zhì)量控制，施工、監(jiān)理進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行夯填。

3)水泥土樁孔底必須夯實(shí)，夯實(shí)擊數(shù)不應(yīng)小于3擊。夯實(shí)填料時(shí)，每擊填料量不應(yīng)過(guò)多，否則影響樁體的密實(shí)性及均勻性。一般每擊填料控制松料厚度為5 cm，嚴(yán)禁超厚和突擊填料。夯填樁孔時(shí)，夯錘選用錘底為盤形，錘體直徑與樁孔直徑之比宜取0.7～0.8，錘體質(zhì)量應(yīng)大于120 kg，夯錘每次提升高度均不應(yīng)低于70 cm。水泥土拌和料應(yīng)在拌和后2 h內(nèi)用完。

5.6 質(zhì)量通病的預(yù)防措施以及冬期施工的質(zhì)量保證措施

1)樁孔局部縮徑。產(chǎn)生原因是:土質(zhì)不均勻，洛陽(yáng)鏟局部滑移。處理方法是:用直徑比設(shè)計(jì)樁孔徑小20 mm的修正鏟進(jìn)行刷孔，修正局部縮徑。

2)冬期施工控制措施:工程開工時(shí)，已進(jìn)入冬期施工，必須采取相應(yīng)的冬期施工措施。作好原材料的保護(hù)措施:水泥應(yīng)防潮、防雪，同時(shí)合理安排工期，應(yīng)避免在溫度較低的夜晚施工，防止拌合土在施工過(guò)程中受凍。

3)保證機(jī)械架設(shè)穩(wěn)定，防止機(jī)械傾倒造成事故，同時(shí)有利于保證樁孔的垂直度。成孔后，如不能馬上夯填，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)孔的覆蓋。

6 樁基檢測(cè)

1)夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)宜在成樁28 d后進(jìn)行。靜載荷試驗(yàn)點(diǎn)為總樁數(shù)的1%(本工程為62根樁)，委托有資質(zhì)的檢測(cè)單位，采用下地錨的方式代替堆載，提高檢測(cè)效率，降低費(fèi)用。

2)正確選擇承壓板的面積，保證試驗(yàn)準(zhǔn)確，承壓板的面積必須與單樁所承擔(dān)的面積相等。載荷試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)采取措施，防止刮風(fēng)、受凍、基坑浸水而影響試驗(yàn)結(jié)果。

3)加荷分級(jí)為8級(jí)～12級(jí)，最大加荷壓力不小于設(shè)計(jì)要求壓力值的 2倍。每加一級(jí)荷載(p)，按 10 min，10 min，10 min，15 min，15 min讀記承壓板沉降量(s)，以后每隔半小時(shí)測(cè)讀一次沉降量。當(dāng)每小時(shí)的沉降量小于0.1 mm時(shí)則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，即可加下一級(jí)荷載。

4)卸載可為加載級(jí)數(shù)的一半，等量進(jìn)行，每卸一級(jí)，間隔半小時(shí)，讀記回彈量，待卸完全部荷載后，間隔3 h讀記總回彈量。

5)復(fù)合地基承載力特征值(fspk)的確定:a.當(dāng)p—s曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對(duì)應(yīng)的比例極限的2倍時(shí)，可取比例極限;當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例極限荷載值的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半。b.當(dāng)p—s曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定，取相對(duì)變形值所對(duì)應(yīng)的荷載。

7 驗(yàn)收

1)及時(shí)聯(lián)系質(zhì)監(jiān)站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)合格(施工技術(shù)資料、檢驗(yàn)報(bào)告齊全)的夯實(shí)水泥土樁進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收后可以鋪設(shè)褥墊層。

2)夯實(shí)水泥土樁施工結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)施工單位提供的全部竣工資料和現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，由甲方組織有關(guān)單位對(duì)工程進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，應(yīng)簽署工程驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，作為施工轉(zhuǎn)序的證明。

3)竣工資料應(yīng)包括下列內(nèi)容:水泥出廠合格證及材料檢驗(yàn)報(bào)告;定位放線記錄;經(jīng)監(jiān)理工程師簽認(rèn)的施工記錄或原始技術(shù)資料;樁體質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告;設(shè)計(jì)變更通知書，事故處理記錄(未發(fā)生時(shí)，可無(wú));地基處理竣工報(bào)告;符合地基承載力檢驗(yàn)報(bào)告。

8 分析及設(shè)想

1)水泥土樁處理雜填土、素填土及粘土軟弱地基，使樁和被擠密的樁間土組成復(fù)合地基，承擔(dān)上部荷載，并按壓縮一致的原則，由壓縮性小的樁體承受大部分的荷載，樁間土承受一部分荷載，這樣既減輕了樁間土荷載，提高了地基的承載力，又減輕了建筑物的變形。對(duì)重要建筑，當(dāng)采用水泥土樁復(fù)合地基時(shí)，應(yīng)先通過(guò)成樁實(shí)驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)與施工方案，并應(yīng)進(jìn)行建筑物的沉降計(jì)算與沉降觀測(cè)。

2)通過(guò)工程實(shí)踐和檢測(cè)，水泥土樁復(fù)合地基承載力比處理前提高1倍，且減少沉降和不均勻沉降。特別對(duì)欠固結(jié)的松軟土層，更顯出特有的優(yōu)越性。該項(xiàng)技術(shù)具有施工簡(jiǎn)便、振動(dòng)小、噪聲低、無(wú)污染、技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)點(diǎn)。

3)水泥土樁的適用范圍僅限于處理地下水位以上的軟弱土層，若遇到地下水位高，則需改用其他處理方法，這在某種程度上限制了該樁的發(fā)展。建議當(dāng)遇地下水時(shí)，可采取地下水位以下用碎石樁或深層攪拌樁，地下水位以上用水泥土樁，二者結(jié)合使用，各自發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，采用碎石樁時(shí)，機(jī)械稍加改進(jìn)即可，施工速度快，又比較經(jīng)濟(jì)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］JGJ 106-2002，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.