深层搅拌法在软土地基处理中的设计应用

深层搅拌法在软土地基处理中的设计应用
摘要：深层搅拌法即水泥土搅拌法（湿法），用于加固饱和软土的一种新方法。

本文主要讲述深层搅拌法在地基处理中的设计应用，并结合工程实践，对采用深层搅拌法提高软土地基的强度、保证地基的稳定做简单介绍。

关键字：深层搅拌法软土地基复合地基褥垫层
近年来随着工程技术的发展，工程难度的提高，在土木工程建设中遇到需要进行加固的不良地基也越来越多，对地基提出了越来越高的要求，沿海地区大批工业项目建设，出现很多软弱地基需经处理才能满足工程建设的要求。

深层搅拌法即水泥土搅拌法（湿法），用于加固饱和软弱土地基的一种新方法。

本文着重讲述深层搅拌法在地基处理中的设计应用，并结合工程实践，对采用深层搅拌法提高软土地基的强度、保证地基的稳定做简单介绍。

1 概述
水泥土搅拌法是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，根据施工方法的不同，水泥搅拌法分为水泥浆搅拌法（湿法）即深层搅拌法和粉体喷射搅拌（干法）两种，前者是水泥浆与地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。

以下着重介绍深层搅拌法在软土地基处理中的设计应用。

淤泥、淤泥质土及含水量大、天然强度低、压缩性高、透水性小、抗剪强度低、无侧限抗压强度小于50kpa含水量大于50%的黏性土和含水量大于30%的砂性土统称软土。

地基处理是指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的设计要求，而地基需经过人工处理后才能建造基础。

国外使用深层搅拌法加固的土有新吹填的超软土，泥炭土和淤泥质土等饱和软土，加固场所从陆地软土到海底软土，加固深度达60m。

当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性的土时，应通过试验确定其适用性。

加固局限于陆上，加固深度可达18m。

2 深层搅拌桩的设计与计算
1.深搅桩的平面布置可根据上部结构特点及对地基承载力和变形的要求，采用柱状、壁状和块状等加固型式，柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩型式。

竖向承载搅拌桩复合地基褥垫层可取200~300mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。

固化剂宜选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥。

水泥掺量除块状加固时可用被加固湿土质量的7%~12%外，其余宜为12%~20%。

深搅桩的水泥浆水灰比可选用0.45~0.55，外掺剂可根据工程需要和土质条件选用具有早强、
缓凝、减水以及节省水泥等作用的材料，但应避免污染环境。

2.深层搅拌桩的设计
1）确定搅拌桩的长度、置换率及承载力。

竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；加固深度不宜大于20m，桩径不应小于500mm。

竖向深搅桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。

初步设计时复合地基的承载力特征值可按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002第11.2.3条规定。

fspk＝mRa／Ap＋β（1－m）fsk
m=d2/de2
式中：m—搅拌桩面积置换率；（％）
Ra—搅拌桩单桩竖向承载力特征值；（kN）
Ap—搅拌桩横截面积；Ap＝πD2／4，（m2）
β—桩间土承载力折减系数；当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值平均值时，取0.1～0.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于桩周土的承载力特征值平均值时，取0.5～0.9，差值大时或设置褥垫层时，均取高值；
fsk—桩间土承载力特征值；可取天然地基承载力特征值，即fsk＝fa（kPa）
d—桩身平均直径
de—跟桩分担的处理地基面积的等效圆直径
等边三角形布桩de=1.05s
正方形布桩de=1.13s
矩形布桩de=1.13（s1s2）1/2
s、s1、s2分别为桩间距、纵向间距和横向间距。

单桩承载力初步设计时可按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002第11.2.4
条规定。

Ra=upΣqsiLi+αqpAp（11.2.4-1）及
Ra＝ηfcuAp （11.2.4-2）
式中：up—搅拌桩周长，up＝πD；
qsi—桩周土平均侧阻力特征值；（kPa）
Li—第i层土厚度；（m）
α—桩端天然地基土的承载力折减系数；可取α＝0.4～0.6，承载力高取低值；
Ap—搅拌桩横截面积；Ap＝πd2／4，（m2）
qp—桩端地基土未经修正承载力特征值；（kPa）
η—桩身强度折减系数；α＝0.25～0.33；
fcu—无侧限抗压强度平均值；（kPa）
按上述两种方法计算结果，Ra取较小值。

2）复合地基变形计算。

深层搅拌桩复合地基的变形s包括搅拌桩群体的压缩变形s1和桩端下未加固土层的压缩变形s2之和
深层搅拌桩群体压缩变形s1可按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002第11.2.9条规定。

s1=（pz+pzl）l/（2Esp）
式中Esp=mEp+（1-m）Es
pZ—搅拌桩复合土层顶面的附加压力值（kPa）；
pzl—搅拌桩复合土层底面的附加压力值（kPa）
Esp—搅拌桩复合土层的压缩模量（kPa）
Ep—搅拌桩的压缩模量（kPa）
Es—桩间土的压缩模量（kPa）
桩端以下未加固土层的压缩变形s2可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中5.3节进行计算。

三、设计实例
某工业厂房位于天津滨海新区汉沽区内，厂房地坪面积约60000m2，设计设计地面堆载40KN/m2，根据勘察报告，场地浅部土层分布为：①杂填土（厚度约为1.3米）；②黏土层、③1粉质黏土及③2淤泥（厚度约10米），③，3粉土层。

该场地属厚软土地基，地面堆载较大，如不进行处理，长期使用会引起较大沉降不均，影响使用。

关于该软土地面地基处理方案采用几种方案进行对比：换填垫层处理适用于浅层软土，对于本场地不太适宜；采用桩基零层板处理，造价比较高；最终选择深层搅拌法进行处理。

根据深层搅拌法设计计算方法，并根据本工程场地实际情况及使用要求，采用桩径500mm，有效桩长16m，同时保证桩头进入③，3粉土层不小于1m，采用正方形布置，桩间距1.65m。

确定固化剂掺入量（12%~20%），初步估算单桩承载力特征值90KN，顶面复合土层地基承载力达到70KPa，处理后地面最终沉降计算值不大于40mm。

深层搅拌桩施工中把上层填土清除，回填土采用掺入不少于30%砂石的粉质粘土拌和均匀后分层夯实至设计标高，。

其他施工措施及检验均按照《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002中11.3及11.4节相关说明。

施工最终检测单桩承载力及复合地基承载力均达到设计要求。

该工程已完工，并使用2年多，经沉降观测地面沉降均满足设计及使用要求。

四、结束语
深层搅拌法复合地基必须把桩与土作为一个复合体来考虑，在满足强度要求的条件下以沉降进行控制的，对于沿海厚软土地区的建筑物及大面积堆场地基处理，采用深层搅拌法提高软土地基的强度、保证地基的稳定做法是经济适用的。

参考文献：
[1]高大钊.《地基加固新技术》机械工业出版社，2002.
[2]张永钧.《建筑地基处理技术规范》，2002
[3]黄熙龄.《建筑地基基础设计规范》，2002。