水泥土搅拌桩复合地基设计

水泥土搅拌桩复合地基设计介绍

——结合常州地区经验

吴祖德

（常州市建设工程施工图设计审查中心，江苏213002）

摘要：结合常州实践经验和设计规范，介绍了水泥土搅拌桩的构造特点、施工方法、以及常用加固方法及型式，其中详细介绍了设计方法，复合地基承载力设计值和沉降量的计算，以及相应的应用软件，可提供给相关专业技术人员在工作中参考应用。注：执行《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）时，注意规范用词，称“水泥土搅拌桩”，不再称“深层搅拌桩”、“粉喷桩”；水泥土搅拌桩的施工工艺分为：浆液搅拌法（简称湿法）；粉体搅拌法（简称干法）。

关键词：水泥土搅拌桩单桩承载力复合地基承载力沉降计算

1深层搅拌桩在常州地区的实践

1.1 常州实践

常州市于1992年引进水泥土搅拌桩加固软土地基，首先采用在亚细亚傍留芳路6层住宅，淤泥质土有20m深。至今常州仍然用得很多，其间也出现过一些问题，施工控制不好，有产生不均匀沉降、裂缝等。上海有一段时间，因出现过问题，禁用水泥土搅拌桩，后来放宽好用了，有附加条件，要经过沉降计算，并符合要求。

在常州水泥土搅拌桩主要适用加固地耐力120KPa以下淤泥质、粉质粘土。大于120、130、140KPa 也处理，但搅拌机械动力较困难，施工要细心。地耐力120KPa以下的地基，处理后可达100～300KPa，含砂、粉粒的土可达大于300KPa。一般处理后的复合地基可达200KPa以内。水泥土强度，常州在1～1.2MPa（个别有1.4MPa），复合地基在150～180KPa。

表1 常州早期深层搅拌桩典型工程介绍

注：（1）早期单桩承载力设计值中，桩强度折减系数为0.2～0.5;

（2）序号3，无淤泥层，上面150KPa，下面140KPa，桩打至粉质粘土；土含粉、砂粒，所以桩身强度高，且打入持力层，所以沉降量很少；

（3）序号4，表层3～5m淤泥质土，下面为亚粘土；因桩尖有持力层，沉降很小。

1.2 干法湿法

干法——粉体搅拌法（喷干水泥），加固深度不宜大于15m。湿法——浆液搅拌法（喷水泥浆），加固深度不宜大于20m。被加固土的含水量大（30～70%），PH≥4采用干法（根据《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》（TB 10113-96）规定），被加固土含水量小，采用湿法。另根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）介绍，如果采用湿法，30%～60%的含水量可以很容易成桩，如果采用干法，天然含水量在70%～80%时也可以成桩。此时的粉喷量应提高为75～80kg/m。

施工机械，总动力50千瓦，搅拌机械动力30千瓦，干法搅拌机械动力在下面。湿法搅拌机械动力在上面。粉体搅拌法桩直径常州为50cm，浆液搅拌法桩直径有50、60、70cm。

加固深度规范可达20m，没有必要，常州一般12～14m以内，采用最多的是6～8m，5～3m也有。

1.3 使加固的复合地基达到设计强度，关键是桩的水泥土强度。影响因素有：

①龄期强度：7天达30%，28天达70%，90天达80%，180天达100%，规范规定按90天的强度值计算；

②水泥掺入量：规范7～15%，是针对全国讲，常州用10～20%，用15%最多。15%水泥掺入量，水

q（MPa）泥土强度可达1.0～1.2MPa（室内试验还要高些）。表1为某工程的水泥土无侧限抗压强度u

表，图1为某工程的不同水泥掺入比、水泥龄期的水泥土无侧限抗压强度。

q（MPa）

表2 某工程的水泥土无侧限抗压强度u

图1 某工程的不同水泥掺入比、水泥土龄期的水泥土无侧限抗压强度图

③土含水量：河塘地区一般在30～50%。采用水泥掺入量15%，即可达到要求强度，当含水量＞80%，强度降低很多，要做试块；

④水泥标号：原用425号普通硅酸盐水泥，现在标号是42.5级。用标号高，强度大；

⑤有机质含量：要慎重。如泥灰层等；

⑥加入外加剂：有粉煤灰、磷石膏等。常州试过粉煤灰，效果不明显；

⑦土中含粉粒、砂粒：如淤泥质粉土、粉砂处理强度高，水泥土强度可达1.6～1.8MPa ； ⑧搅拌均匀度：要搅拌均匀，强度高。

1.4 关于桩及复合地基承载力公式，属半经验、半理论的公式，要通过实践积累经验。

1.5 复合地基承载力。水泥土搅拌桩的桩径最小桩径不应小于500mm 。一般单桩直径500mm ，长5～8m ，承载力80KN ，也有100～120KN 。桩间土承载力折减系数，也与沉降要求有关，沉降要求不高取大，要求高取小。褥垫层（碎石垫层），用振动压路机碾压最好，厚度不少于20cm ，一般按30cm 取用，可创造上刺入条件。当有水平力荷载时，没有褥垫层，桩折坏，有褥垫层时，桩不再破坏，实际是砂、碎石摩檫扩散。加褥垫层，β值（桩间土承载力折减系数）可取大些，桩土应力比，不加褥垫层10:1，加褥垫层越厚，越小，会比2:1还小。 1.6深层搅拌桩复合地基上的过渡层

深层搅拌桩复合地基上的过渡层有褥垫过渡层（图1a ）、塌落拱过渡层（图1b ）、反滤导渗层（图1c ）、防渗稳定层（图1d ）。

1.6.1褥垫过渡层:通过褥垫层材料在承受荷载后产生的流动补偿，使地基、桩间土与基础始终保持接触，从而能充分利用桩间土的承载能力，共同工作。褥垫层过渡层对于协调桩土变形、调整基础不均匀沉降、保证桩土共同作用极为有效。

竖向承载水泥土搅拌桩复合地基应在基础和桩之间设置褥垫层。褥垫层厚度可取200～300mm ，常州一般取300mm 碎石褥垫层，最大粒径不宜大于20mm 。

图2 碎石褥垫层图

当在挡土墙下的水泥土搅拌桩地基处理时，当有防渗要求时，应采用低强度等级的素混凝土垫层或有一定强度的水泥土垫层。常州可采用厚20cm 的C20素水泥混凝土垫层。

（a ）褥垫过渡层 （b ）塌落拱过渡层 （c ）反滤导渗层 （d ）防渗稳定层 图3 水泥土搅拌桩复合地基上的过渡层 图注：⑴上部结构；⑵褥垫（虚线为承受荷载后变形情况）；⑶水泥土搅拌桩； ⑷软土；⑸混凝土道面；⑹底基层；⑺塌落拱；⑻持力层；⑼防水混凝土层；⑽反滤导流层；⑾压淤平台（粘土或亚粘土）

劈桩500后填

碎石褥垫层300

劈桩500后填碎石褥垫层300