曾穎昊

中國輕工業(yè)廣州工程有限公司 廣東 廣州 511447

水泥土攪拌樁利用水泥或石灰等材料為膠凝劑（廣東等沿海地區(qū)多采用水泥為主），通過專門的攪拌機(jī)械，將表層軟土和膠凝劑強(qiáng)制攪拌，使軟土硬化成整體性、水穩(wěn)定性和強(qiáng)度均較好的水泥加固土，從而提高地基土的承載力及壓縮（變形）模量，以達(dá)到滿足地基承載力或變形控制的要求。按膠凝劑的摻入狀態(tài)的不同，水泥土攪拌樁主要可分為“濕法”和“干法”兩種[1]，“濕法”也叫漿液攪拌法[2]，是沿海軟土地基普遍采用的方法。

水泥土攪拌樁應(yīng)用較為成熟，常用作地基軟基加固主要方式，尤其是工業(yè)廠房等地坪地基、場地道路的處理具有很大應(yīng)用空間，但是，其設(shè)計(jì)和施工時需充分熟悉了解地勘揭示的地質(zhì)情況下，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)合理設(shè)計(jì)及計(jì)算才能較好達(dá)到其預(yù)期效果，以下主要是常見的設(shè)計(jì)施工問題的總結(jié)及剖析。

1 水泥土攪拌樁的適用問題

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012[1]（以下簡稱“地處規(guī)”）第7.3.1條，適用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、黏性土（軟塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉細(xì)砂（松散、中密）、中粗砂（松散、稍密）、飽和黃土等土層。不適用于含孤石或障礙物較多且不易清除的雜填土、欠固結(jié)的淤泥和淤泥質(zhì)土、硬塑及堅(jiān)硬的黏性土、密實(shí)的砂類土、以及地下水滲流影響成樁質(zhì)量的土層。但是，濱海地區(qū)表層都有以淤泥或淤泥質(zhì)土，有的往往還深達(dá)20～30多米，其是否均可使用此處理方法是擺在工程師面前首要考慮的問題，具體設(shè)計(jì)中又應(yīng)注意其哪些問題。

水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)前，應(yīng)充分研讀地勘資料和理解攪拌樁的適用類型，不能簡單的看到有淤泥、淤泥質(zhì)土層即采用攪拌樁復(fù)合地基方案。硬殼層下的淤泥與上覆新近填土的濱海灘涂淤泥，兩者有本質(zhì)的區(qū)別，前者往往堆積時間較久，已經(jīng)完成自重固結(jié)，采用水泥土攪拌樁處理能收到較好的效果，而后者則未完成自重固結(jié)，本身還存在樁間土固結(jié)沉降產(chǎn)生的負(fù)摩阻力，不僅不能提供樁體側(cè)摩阻力，還作為附加內(nèi)力（類似于樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的負(fù)摩阻力的影響）降低了樁體有限的承載力。

當(dāng)淤泥的Ip值大于22時，常規(guī)的攪拌工藝難于保證攪拌質(zhì)量，經(jīng)常出現(xiàn)串漿、攪拌不均等質(zhì)量事故，更應(yīng)限制其使用。由于軟土層較厚，攪拌樁限于施工技術(shù)及施工單位成本考慮等因素，施工時攪拌樁往往未穿透軟弱層到達(dá)下臥強(qiáng)度較高的土層，造成“懸樁”[2]。故而如果簡單的將水泥土攪拌樁復(fù)合地基用作處理淤泥或淤泥質(zhì)土，會造成一定的安全隱患。

2 攪拌樁承載力計(jì)算相關(guān)參數(shù)取值和注意事項(xiàng)

2.1 水泥土攪拌樁單樁承載力特征值計(jì)算

根據(jù)“地處規(guī)”[1]式7.3.3，攪拌樁單樁豎向承載力特征值為：

計(jì)算用的fcu取值主要用于設(shè)計(jì)階段的取值，針對的是實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的試塊，可在設(shè)計(jì)前進(jìn)行試配用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)，此時的齡期應(yīng)為90d。靜載試驗(yàn)和鉆芯取樣抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)均為針對攪拌樁處理地基質(zhì)量檢驗(yàn)階段進(jìn)行的，其齡期標(biāo)準(zhǔn)為28d。兩者之間齡期差異是針對不同階段而言，實(shí)際操作中，現(xiàn)場實(shí)際可以按28d甚或14d進(jìn)行樁驗(yàn)收檢測。實(shí)際上，往往現(xiàn)場施工進(jìn)度緊，檢測齡期要求較長也無法滿足施工進(jìn)度要求，為了加快檢測進(jìn)度又能保證檢測結(jié)果能夠滿足設(shè)計(jì)要求，不同的齡期之間可進(jìn)行一定變換。

對于淤泥土層，不同齡期間關(guān)系換算[1][2][3]可按如下公式：

其余非規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)齡期同樣可采用線性插值，提供實(shí)際檢測值要求時，偏于安全地，fcu90系數(shù)盡量取高值，以確保后期90d齡期結(jié)果能滿足計(jì)算要求。

2.2 面積置換率的計(jì)算和和水泥土強(qiáng)度的控制

根據(jù)“地處規(guī)”[1]第7.6.2及7.1.5條，水泥土攪拌樁復(fù)合地基的地基承載力特征值為：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們的生活水平不斷地提高，人類平均壽命普遍延長，老年人口所占的比例越來越大，老年患者數(shù)量顯著增加[1]，面對日益增加的老年人口醫(yī)療需求，不僅要提升老年醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)師的診療水平及臨床研究，同時需要完善醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)模式以培養(yǎng)出時代所需的應(yīng)用型人才。

因?yàn)樵诘刭|(zhì)情況是客觀存在的，式4中λ、fsk、β值沒有太多選擇余地，按規(guī)范要求取值即可，我們設(shè)計(jì)中主要是通過確定和m兩個參數(shù)來實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)地基承載力要求的，其中m為面積置換率，是攪拌樁設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的參數(shù)，置換率取值過小，地基處理效果有限，不能很好的發(fā)揮水泥土的作用，取值過大，則不經(jīng)濟(jì)，造成浪費(fèi)，m 體現(xiàn)在實(shí)際設(shè)計(jì)中即為攪拌樁樁距控制；可理解為水泥加固土壓強(qiáng)（樁單位面積承載力），根據(jù)式1可見，值主要通過水泥土強(qiáng)度fcu取值控制來決定，如水泥土強(qiáng)度不足，則地基處理后其承載力有限，不能滿足工程要求，如取值過大，實(shí)際施工往往又無法達(dá)到，增加后期實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)以上分析，結(jié)合以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，具體設(shè)計(jì)中主要控制如下兩點(diǎn)：（1）在樁徑選用500mm情況（一般攪拌樁直徑不低于500）下，樁矩控制在S1=s2＜1500以下為宜，當(dāng)為正方形布置時(如圖1所示)，此時能夠保證地基處理面積置換率m不低于0.087；（2）水泥土強(qiáng)度fcu控制：當(dāng)為淤泥或淤泥質(zhì)土?xí)r，fcu控制在1.8～2.2之間，當(dāng)為粉土或粘土?xí)r，可以控制到2.2以上，對于水泥土強(qiáng)度控制，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定其水泥摻量，設(shè)計(jì)時可以先跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定一個初步摻量，并明確最終應(yīng)通過現(xiàn)場或室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定。

圖1 攪拌樁布置示意

3 水泥土攪拌樁復(fù)合地基變形計(jì)算的相關(guān)問題的理解

在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理廠房內(nèi)地坪或廠區(qū)道路，其主要目的往往并不是解決地基承載力的問題，更多的是為了提高上部軟弱土層變形模量或壓縮模量，從而減少其地基變形沉降。

復(fù)合地基變形計(jì)算方法采用與天然地基相同的分層總和法[1][4]計(jì)算，在此不展開敘述，其主要區(qū)別在于壓縮模量的取值，關(guān)于復(fù)合地基壓縮模量的計(jì)算，02版《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[5]（以下簡稱”舊規(guī)”）及廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》DBJ/T15-38-2019[6]（以下簡稱“省地處規(guī)”）采用置換率對壓縮模量進(jìn)行換算：

此式其概念清晰，容易理解，沉降值控制計(jì)算結(jié)果較容易滿足業(yè)主要求。而“地處規(guī)”關(guān)于壓縮模量的計(jì)算采用的則是與地基承載力相關(guān)的提高系數(shù)法，按“地處規(guī)”第7.1.7條：

據(jù)此，復(fù)合地基承載力特征值大小直接影響最終地基變形結(jié)果，變形控制間接的通過控制地基承載力來實(shí)現(xiàn)，其壓縮模量計(jì)算結(jié)果明顯小于按“舊規(guī)”和“省地處規(guī)”計(jì)算結(jié)果，其沉降計(jì)算值偏于保守，筆者認(rèn)為“地處規(guī)”采用此方法計(jì)算的目的主要是地基承載力能夠通過檢測試驗(yàn)明確，方便通過施工檢測驗(yàn)收來確定處理效果。工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)時應(yīng)對其有清晰的認(rèn)識和理解，對于其沉降值計(jì)算控制可采用式5復(fù)核計(jì)算與式7對比后綜合考量后判斷。

4 實(shí)例計(jì)算分析驗(yàn)證

以下通過以往一個工程實(shí)例計(jì)算以驗(yàn)證以上論述：

廣東某濱海地區(qū)物流項(xiàng)目擬采用攪拌樁地基處理地坪地基，地基平均壓力為30kPa，準(zhǔn)永久值系數(shù)為按0.5，其主要地質(zhì)參數(shù)資料，見表1。

表1 土層參數(shù)表格

水泥土攪拌樁采用D550直徑，樁距1.2mx1.2m正方形布置，置換率m=0.165，經(jīng)對比計(jì)算，其單樁承載力特征值Ra=131kN；

按式4計(jì)算其復(fù)合地基承載力特征值為fspk=111kPa；

按式6計(jì)算：ζ=1.376。

據(jù)此分別按未處理天然地基[4]、“地處規(guī)”[1]、“省地處規(guī)”[6]計(jì)算沉降值，其結(jié)果見表2。

表2 不同的情況及計(jì)算方法沉降值計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表2數(shù)據(jù)表明，按“省地處規(guī)”或“舊規(guī)”計(jì)算的結(jié)果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于按“地處規(guī)”計(jì)算的結(jié)果，處理后沉降計(jì)算值降低較為顯著，如需按“地處規(guī)”計(jì)算，則需要將ζ值控制得較大時地基沉降處理計(jì)算值才顯著降低。

5 褥墊層的設(shè)計(jì)與施工

攪拌樁設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)足夠重視基礎(chǔ)和水泥土攪拌樁之間褥墊層的作用，應(yīng)明確給出褥墊層做法要求?！暗靥幰?guī)”[1]第7.3.1條第6款：水泥土攪拌樁復(fù)合地基宜在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置褥墊層，厚度可取200～300mm。褥墊層材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm，褥墊層的夯填度不應(yīng)大于0.9。

我們應(yīng)重視褥墊層的“媒介作用”，褥墊層是水泥土攪拌樁與樁間土協(xié)同工作的重要橋梁：當(dāng)褥墊層厚度較?。ㄈ绮淮笥?00mm），樁間土承載力發(fā)揮程度很低，類似樁基地基受力形式，但其剛度要遠(yuǎn)小于樁基；而褥墊層厚度較大（如大于500mm）時，樁間土承載力發(fā)揮程度很高，壓縮變形量較大，接近普通天然地基受力形式。故褥墊層厚度的取值取決于建筑物的容許變形和對樁體和樁間土承載發(fā)揮程度的期望。褥墊層厚度控制宜根據(jù)樁承載力和樁間土的軟硬程度合理取值，設(shè)計(jì)同時需強(qiáng)調(diào)褥墊層夯填度（不大于0.9）的要求，其做法見圖2。

圖2 水泥土攪拌樁地基處理大樣

6 結(jié)論

（1）水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)時應(yīng)充分熟悉了解其地質(zhì)情況，判斷其適用情況，以確定攪拌樁設(shè)計(jì)可行性；

（2）設(shè)計(jì)時，充分理解水泥土攪拌樁計(jì)算參數(shù)，應(yīng)合理取值，取值合理往往決定設(shè)計(jì)成果的合理可靠性，直接影響后續(xù)施工進(jìn)度、質(zhì)量控制及成本控制;

（3）工業(yè)建筑領(lǐng)域，攪拌樁處理地基常用作地坪和廠區(qū)道路減沉為主，設(shè)計(jì)時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其處理后的壓縮模量或變形模量值;

（4）攪拌樁地基處理設(shè)計(jì)和施工要充分利用好褥墊層的“媒介作用”，褥墊層也是發(fā)揮地基處理成果的關(guān)鍵一環(huán)。