水泥土搅拌桩复合地基的研究

【摘 要】本文通过对新河县安居家园小区地基处理工程中水泥土搅拌桩施工过程中的优化情况进行总结，意在加深对水泥土搅拌桩施工工艺的了解，以利于今后解决类似条件下水泥土搅拌桩的施工问题。 【关键词】水泥土搅拌桩 施工工艺 优化

水泥土搅拌桩作为淤泥土质条件下基坑围护的方法，目前在国内很多地区尤其是上海地区应用已经较为普遍。由于地下土质情况较为复杂，因此设计在明确搅拌桩施工工艺时往往再加上一些施工限制，如水泥掺量、搅拌机提升速度等。但由于搅拌桩机性能的不同，实际施工时的情况往往与设计有一定的偏差，有必要对其进行优化。

1、桩身传力规律

深层水泥土搅拌桩复合地基的传力规律与单桩传力规律有较大不同，在研究水泥土搅拌桩复合地基的实际应用中，水泥搅拌桩的传力规律是首要解决的理论问题。在一些试验中，实验者选用多种桩．土模量比、基础顶面作用相同竖向荷载，此时沿桩长分布的桩身轴力呈现一定规律：桩．土模量比越高，桩项反力越大，最大轴力出现在桩顶弘J；沿桩长分布水泥土桩侧摩阻力也呈现一定规律，桩侧摩阻力特点与没有基础时有较多差别，这是因为基础制约了桩．土接触面的相对移动，桩侧摩阻力在桩身最上部约2倍桩径深度范围内较小，桩顶处达到最小：而没有基础时最大摩阻力产生于桩身上部；沿桩长分布的桩一土接触面相对滑移量规律与桩侧摩阻力分布曲线相似，桩土接触面相对滑移在桩顶处为零。目前普遍思想是认为桩．土接触面的位移变形协调的，但事实证明桩．土接触面的相对滑移还是存在的。从水泥土桩模型试验的结果分析，尽管桩．土接触面的相对滑移量很小，但要使桩侧摩阻力发挥是不需要很大的相对滑移量的。

试验结果同时表明，在桩顶至桩顶以下4m----6m的范围是相对滑移主要发生的部位；桩．土模量比越大，相对滑移产生的深度越大，但几乎很难超过7m。桩顶部分的桩．土接触面相对滑移由于基础承台的存在而被限制了，桩身上部摩阻力受到了削弱了。

根据应力传递特性分析可得出结论：

①桩身最大轴力发生在桩顶，桩顶下2m左右的范围内产生侧阻力最大值；

②传到桩端的荷载占桩顶荷载的比例较小；

③桩顶到临界桩长的范围是桩体的变形、轴力和侧阻力主要集中的地方；

④水泥土搅拌桩的破坏主要发生在浅层。 2、搅拌桩设计概况

依据设计图纸：搅拌桩数量共现场搅拌桩共4l65根，其中：9．5米1399根；8.8米228根；3.2米1656根；11.5米363根；l2.5米258 根；17.3米261根设计要求提升(下沉)速度不宜大于0．5米／分设计水泥掺量：13％

3、施工工艺

3．1测量放样、样槽开挖

根据现场水准点、轴线放出桩位轴线，挖好泥浆槽，打好钢筋定位桩，并请业主或监理复核，妥善保护。

3．2桩机定位

搅拌桩采用双钻头施工，桩与桩的搭接为20cm：相邻桩施] 时间间隔不得超过1 0小时，否则应采取有效措施进行加强。深层搅拌桩移到指定桩位对中，中心偏差不得人于5 CIl，垂直度偏差不大丁l％，并确保安装稳固。

3．3灰浆制备

在搅拌头预搅下沉同时，严格按设计配合比制作灰浆，水灰比应严

格控制在0．5左右，施工时散装水泥必须车车过磅，水用固定容器计量，计量准确，灰浆搅拌时间不得小于2分钟，以使浆液充分拌合。

3．4预搅下沉

桩机就位准备工作就绪，经检查符合要求后，启动动力电机，利用钻具自重缓慢平稳预搅下沉，严格控制下沉速度以充分破碎土体，直至设计桩底标高。

3．5第一次注浆提升搅拌

搅拌头至桩底设计标高后，即刻上提20cm并开启压浆泵送浆，搅拌桩注浆采用二次提升搅拌二次完成，第一次为水泥用量的7O％，搅拌头在桩底原位搅2 0～3 0秒后，边搅拌边提升，直至设计桩顶标高。

3．6第二次搅拌下沉

注浆搅拌提升至设计桩顶标高后停浆，即刻搅拌下沉至设计桩底标高，并控制好下沉速度。

3．7第二次注浆搅拌提升

搅拌至设计桩底标高后，送浆，第二次为水泥用量30％，原位送浆搅拌20～30秒后搅拌提升，注浆提升离设计桩顶标高1m段内，减慢提升速度，且在桩顶原位注浆搅拌1 5～3 0秒，以确保桩顶质量。

3.8第三次搅拌下沉

注浆搅拌提升至设计桩顶标高后停浆，即刻搅拌下沉至设计桩底标高，并控制好下沉速度。

3．9第三次搅拌提升

搅拌至设计桩底标高后，原位搅拌20～3 0秒后搅拌提升，且在桩顶原位搅拌l 5～3 0秒，以确保桩顶质量。

4、工艺优化 4．1优化原因

根据工程设计情况，采用SJB一2型双轴深层搅拌桩机，根据机械档位情况和设计的提升速度，计算出单根搅拌桩的水泥掺量及施工时间

如下：

以旌工中较为典型的1 1．5米桩长为例： 1)预搅下沉2 3mi n；

2)第一次喷浆提升2 3milq：(机械二档) 3)第二次下沉搅拌2 3mi n； 4)第二次喷浆提升23min：(机械二档) 5)第三次下沉搅拌2 3mi n；

6)第三次提升搅拌2 3 m i n。(机械二档) 总用时：1 3 8milq。

依据上述设计施工时间计算得到的水泥掺量：

水泥掺量=(喷浆速度×喷浆时间x 1．5t／m 3×1／1．55)／(桩长×0．702ma／m×1．8t／m3)=(60×10 0×46×1．5×1／1．5)／(11． 5×0．702×1．8)=19％

其中，喷浆速度为60×10I。m。／min，设计水灰比：0．5水泥浆密度：1．5t／m ，水泥t密度：1．8t／ma 直径700的水泥搅拌桩每米桩长体积为：0．702ma

由上可见，采用设计的搅拌、提升速度的参考值，不仅水泥用量大大超出设计底限值，而且施工时间过长，经计算得总工期可达68天。

4．2优化过程

由于基坑土质为淤泥质土，土体可以在较短时间内搅拌均匀，因而可以缩短不喷浆下沉的时问；为使水泥掺量接近设计规定的限值，考虑在保证第一次喷浆充足的条件下，适当缩短第二次、第三次喷浆时问。在此思路下，经现场多次试验，总结出双轴搅拌桩施工时间如下(以桩长1 1．5米为例)：

1)预搅下沉1 2mi n；

2)第一次喷浆提升2 3mi n：(机械二档) 3)第二次下沉搅拌8mi n；

4)第二次喷浆提升1 2mi n：(机械三档)

对以上汇总数据进行统计，得到处理区内外③层土的抗 峰值强度分别为：真空预压处理区内Cu=25．97kPa，统计变异系数为0．23；真空预压处理区外Cu=19．15kPa，统计变异系数为0．22。可见，经真空预压处邢的区域，其土体抗剪强度要比处理区外大，大约要高35．6％，山此证明真预压处理对土体抗剪强度的增K起到了一定的作用。

4．3．3平板载荷试验

试验采用3m X 3m正方形刚性板(影响深度按6．0Ill考虑)，最大加载160kPa。试验成果表明，工后处理区内地基容许承载力增长明显(由工前60kPa增长至工后80kPa)，且③层土区域内外的各级荷载作用下的变形模量趋于一致，反映了该工法能有效地消除地基未来运营的筹异沉降。

5、根据静载荷试验和数值模拟的结果，得到以下结论：

(1)垫层过厚不能够有效提高复合地基承载力，反而增大沉降，因此，不能盲目增大垫层厚度。

(2)垫层的设臵影响了荷载在土中的传递，由于垫层的调节作用，减小了桩土应力比，增大了土体承担的荷载，并且使荷载在土中传递的深度加深。

(3)垫层的设臵对桩中应力的传递深度几乎没有影响，但是垫层的调节作用，使得桩分担的荷载比例减小，桩的沉降量减小。

(4)设臵垫层后，桩顶刺入垫层，浅层桩间土的沉降大于桩身沉降，桩上部将会出现负摩阻。

(5)选择垫层的厚度时，除了要综合承载力和沉降两方面因素外，还要考虑实际的地质条件。在类似场地条件下使用水泥土搅拌桩复合地基时，垫层厚度可取20一,40 cm，当淤泥层位于桩身中部以下取高值，位于桩身中上部取低值。