水泥攪拌樁在某軟弱地基場地中的應(yīng)用

溫建興

1 概述

地基處理是為提高地基承載力，改善其變形性質(zhì)或滲透性質(zhì)而采取的人工處理地基的方法。軟弱地基是一種不良地基。在軟弱地基上的建筑物往往會出現(xiàn)地基強(qiáng)度和變形不能滿足設(shè)計(jì)要求的問題，因而常常需要采取措施，進(jìn)行地基處理。處理的目的是提高地基的抗剪切強(qiáng)度，降低地基的壓縮性，從而減少地基的沉降或不均勻沉降，通過處理用以改良地基土的工程特性。

地基處理的方法主要有置換、擠密、排水固結(jié)、膠結(jié)、加筋和熱學(xué)等方法。目前針對軟弱地基的不同構(gòu)成有很多不同的處理方法，本文結(jié)合某一建筑場地的施工實(shí)例，對用水泥攪拌樁處理軟弱地基的問題作一些探討。

2 用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理的原理

水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，是軟基處理的一種有效形式，通過特制的深層攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢?，使水顆粒表面的礦物與土體的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，在顆粒間生成各種水化物，如氫氧化鈣、含水硅酸鹽、含水鋁酸鈣等，有的水化物繼續(xù)硬化形成水泥石骨料，有的與周圍具有一定活性的粘土顆粒通過離子交換，凝硬反應(yīng)和碳酸化作用形成不溶于水的穩(wěn)定化合物。這樣通過一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體，由若干根這類加固土樁柱體和樁間土構(gòu)成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載。水泥攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120 kPa的粘性土等地基。與剛性樁相比，水泥攪拌樁的樁身強(qiáng)度可與樁的承載力相協(xié)調(diào)，樁身強(qiáng)度可充分發(fā)揮，具有比較經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。同時(shí)，水泥攪拌樁還具有施工工期短、適用范圍廣、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

永定縣湖坑鎮(zhèn)中心衛(wèi)生院門診綜合大樓，無地下室，總荷載約70000 kN，其工程概況見表1。

表1 擬建建筑物工程概況

3.2 場地工程地質(zhì)條件概況

建設(shè)場地地貌上隸屬湖坑溪的一級階地，場地高程為341.39 m～342.27 m，高差約0.88 m，場地地形平坦。其南側(cè)為山坡，植被很發(fā)育，地下水較豐富，埋藏較淺，水位埋深0.36 m～1.26 m，地下水類型為孔隙型潛水，主要受大氣降水、地表水補(bǔ)給影響。場地?zé)o活動斷裂構(gòu)造分布，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，地震特征周期值為0.40 s。

場地內(nèi)分布的巖土層自上而下為:①雜填土，層厚1.4 m;②粉質(zhì)粘土，層厚3.6 m～5.3 m;③含泥礫卵石，層厚1.0 m～1.8 m;④強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，層厚1.6 m～3.4 m;⑤中風(fēng)化花崗巖，最大揭示厚度1.50 m～2.40 m。各巖土層的設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)見表2。

表2 地基土的設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)

3.3 地基處理方案

根據(jù)鉆探成果可看出，場地上部均分布有②粉質(zhì)粘土層(底板埋深3.60 m～5.30 m)，該層呈濕～飽和，軟～可塑狀態(tài)，土質(zhì)含水量高，孔隙比大，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性高，工程地質(zhì)性能及力學(xué)強(qiáng)度較差，不宜直接作為淺基礎(chǔ)持力層。其下部為③含泥礫卵石或⑤中風(fēng)化花崗巖，由于場地中地下水埋深較淺(0.36 m～1.26 m)，地下水較豐富，不宜采用人工挖孔樁，同時(shí)進(jìn)入場地的道路相對較小，大型機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)入，樁基礎(chǔ)也無法施工。若直接采用天然地基，由于②粉質(zhì)粘土層工程地質(zhì)性能及力學(xué)強(qiáng)度較差，不能滿足地基承載力和地基變形要求，因此須對此場地進(jìn)行處理。經(jīng)廣泛了解，與設(shè)計(jì)院、業(yè)主溝通，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，最后采用水泥攪拌樁對②粉質(zhì)粘土層進(jìn)行地基處理后采用獨(dú)立基礎(chǔ)。要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fspk=180 kPa，且提高②粉質(zhì)粘土層的壓縮模量，減小地基變形。

3.4 水泥攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)試配結(jié)果，設(shè)計(jì)采用42.5R硅酸鹽水泥，水泥摻入比為20%，水灰比為0.55。

3.4.1 單樁及復(fù)合地基設(shè)計(jì)基本參數(shù)

水泥攪拌樁的巖土設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)見表3。

1)樁徑:φ=500 mm，樁端面積Ap=0.196 m2，樁的周長Up=1.57 m，樁長L=5.0 m;2)樁身抗壓強(qiáng)度平均值:fcu=4000 kPa;3)樁身強(qiáng)度折減系數(shù):η=0.33;4)樁間土承載力折減系數(shù):β=0.40;5)樁端天然地基土承載力折減系數(shù):α=0.40;6)攪拌樁壓縮模量:Ep=120 MPa;7)復(fù)合地基承載力特征值fspk=180 kPa;8)處理后樁間土承載力特征值fsk=120 kPa。

表3 水泥攪拌樁的巖土設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)kPa

3.4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

1)單樁豎向承載力特征值Ra。單樁豎向承載力特征值Ra，按下列兩公式計(jì)算，并取其中較小值。

攪拌樁樁頂至基底下0.50 m，樁端進(jìn)入③含泥礫卵石或⑤中風(fēng)化花崗巖，取代表性鉆孔K2進(jìn)行計(jì)算:

式(1)計(jì)算得Ra=0.33×4000×0.196=258 kN;

式(2)計(jì)算得Ra=1.57×(15×4.0+80×1.0)+0.4×260×0.196=240 kN。

經(jīng)比較，取Ra=240 kN。

2)面積置換率m。

3)單樁處理面積Ae。

因此，攪拌樁按方形布置，間距取1.32 m×1.32 m。

4)復(fù)合地基(即②粉質(zhì)粘土)壓縮模量Esp。

取代表性鉆孔K2進(jìn)行計(jì)算:

經(jīng)計(jì)算，地基經(jīng)過水泥攪拌樁加固處理后，壓縮模量大大提高，承載力滿足設(shè)計(jì)要求，地基變形滿足規(guī)范要求。

3.5 質(zhì)量檢測及工程效果

1)本工程水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理后，為檢驗(yàn)施工結(jié)束后水泥攪拌樁的質(zhì)量，按國家規(guī)范本工程進(jìn)行了復(fù)合地基靜載試驗(yàn)檢測。檢測結(jié)果見表4，根據(jù)檢測結(jié)果，復(fù)合地基能滿足要求。2)工程效果。本工程于2010年11月底竣工，根據(jù)沉降觀測資料，門診綜合大樓的最大沉降量為9.20 mm，符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。

表4 復(fù)合地基試驗(yàn)點(diǎn)載荷試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

工程實(shí)踐表明，采用水泥攪拌樁復(fù)合地基加固多層建筑的地基軟土，在提高地基土的承載力及減少地基變形上均能滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求，達(dá)到了地基處理目的。造價(jià)方面，本工程采用水泥攪拌樁復(fù)合地基比樁基更省錢，工期更短，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]福建東辰綜合勘察院.永定縣湖坑鎮(zhèn)中心衛(wèi)生院門診綜合大樓巖土工程勘察報(bào)告[R].2009.

[2]福建融誠建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司.永定縣湖坑鎮(zhèn)中心衛(wèi)生院門診綜合大樓復(fù)合地基靜載試驗(yàn)檢測報(bào)告[R].2009.

[3]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)[S].

[4]JGJ 79-2002，建筑地基基礎(chǔ)處理技術(shù)規(guī)范[S].

[5]林宗元.簡明巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊(下冊)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[6]凌 云.基于粉噴樁處理軟弱地基效果分析[J].山西建筑，2008，34(16):107-108.