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1、浅谈桩基础在地基处理中的应用内容摘要本文叙述水泥化学组成及与软土化学反应机理，结合本地工程实践，简述深层搅拌水泥复合地基作用机理，处理工艺、设计要点、施工步骤及处理效果，并对设计与施工前技术问题作了一些探讨，浅谈一下看法与实践做法，供大家参考。关键词：深沉搅拌水泥；复合地基；固化剂目 录内容摘要1引 言31 概述42 工程基本资料42.1 工程概况42.2 工程地质条件43 地基处理方案的选择及桩型选择53.1 地基处理方案的选择53.2 桩型选择54 深层搅拌水泥桩化学机理及作用机理64.1 深层搅拌水泥桩化学机理64.2 深层搅拌水泥桩的桩作用和受力机理75 地基处理和设计方案75.1 地
2、基处理方案75.2 水泥土搅拌桩设计76 施工质量保证措施87 地基处理成品质量检验87.1 轻便动力触探试验法97.2 静力触探法97.3 静载荷试验法9结论9参考文献12引 言随着地基处理技术的发展，复合地基技术得到愈来愈多的应用。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。复合地基中增强体和基体是共同直接承担荷载的。复合地基、浅基础和桩基础是目前常见的三种地基基础形式。浅基础、复合地基和桩基础之间没有非常严格的界限。浅基础和桩基础的承载力和沉降计算有比较成熟的理论和工程实践的积累，而
3、复合地基承载力和沉降计算理论有待进一步发展。目前复合地基计算理论远落后于复合地基实践。应加强复合地基理论的研究，如各类复合地基承载力和沉降计算，特别是沉降计算理论；复合地基优化设计；复合地基的抗震性状；复合地基可靠度分析等。另外各种复合土体的性状也有待进一步认识。加强复合地基理论研究的同时，还要加强复合地基新技术的开发和复合地基技术应用研究。 1 概述近年来，地基处理技术得到快速发展，地基处理技术的发展不仅反映在机械、材料、设计理论、施工工艺、现场监测技术以及地基处理新方法的不断更新和进步等方面，而且反映在多种地基处理方法的综合应用方面。 水泥土搅拌桩复合地基结合柔性桩复合地基和刚性复合地基的
4、特点，以充分发挥其各自的优势，大幅度提高地基承载力，减少地基沉降，从而取得良好的技术效果和经济效益。水泥搅拌法是用于加固饱和和软黏土低地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。 水泥加固土的基本原理加固机理是通过水泥的水解和水化反应、水泥水化物与土颗粒之间的离子交换和团粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化学反应而成为具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩体，是基于水泥加固土的物理化学反应过程，它与混凝土硬化机理不同，由于水泥掺量少，水泥是
5、在具有一定活性介质-土的围绕下进行反应，硬化速度较慢，且作用复杂，水泥水解和水化生成各种水化合物后，有的又发生离子交换和团粒化作用以及凝硬反应，使水泥土体强度大大提高。深层搅拌桩是加固软弱地及方法之一，原理是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基深处将软土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性.较好的水稳定性和一定强度的较好符合地基，适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。本文浅谈深层搅拌水泥桩处理软弱地基的工程实例。2 工程基本资料2.1 工程概况泗县佳美超市综合楼四层框架，一层
6、.二层为商场超市，三层四层为办公楼，建筑物总长50.5m，进深22.2m，抗震设防气度烈度为七度，地震基本加速度为0.15g。2.2 工程地质条件该工厂场地位于老城区，原场地为年代久远的深水塘，塘内含杂填土较多。而且建筑物两面靠近民房，距离较近，不宜采用夯扩桩（挤土桩）及其他桩型。3 地基处理方案的选择及桩型选择根据工程建设场地根据地质勘察查明：场地在地貌上场地属于淮北冲积平原。在钻探所达深度范围内，场地地层层序如下：第（1）层：杂填土，灰黑、黑色，松散，稍湿，含碎砖，碎瓦等建筑垃圾。层厚 2.603.50m。 第（2）层: 淤泥质粘土混淤泥质粉土, 灰褐色，软塑，饱和，混淤泥质粉土。层顶埋深
7、 2.603.50米，层厚 0.602.90m。第（3）层: 粉质粘土夹粉土,黄褐色，软塑可塑，很湿饱和，夹粉土.粉细砂，含少量钙质结核，氧化铁。层顶埋深 3.305.60m，层厚 2.405.00m。第（4）层：粉质粘土混粉土(Q4al)，层厚2.804.80m，层顶埋深7.709.00m，层底标高7.189.17m。浅灰、褐黄色，可塑，湿，混粉土，夹薄层粉土，含少量钙质结核，氧化铁，少量铁锰质结核已浸染。含少量蚌壳碎片。第（5）层：粉土混粉质粘土(Q4al)，层厚0.402.50m，层顶埋深10.8012.30m，层底标高5.177.45m。灰黄、褐黄色，稍密中密，湿，混粉质粘土，含少量钙
8、质结核，氧化铁，含少量蚌壳碎片。通过检测本工程各层土物理力学性质指标平均值表见表13.1 地基处理方案的选择根据场地地质资料分析：第层：杂填土成分复杂，较松散。第层土含水量大，承载力低，孔隙比大，因此，第层第层未经处理不易作为持力层，第层土承载力高，压缩性小，是良好的桩基持力层。但是考虑几个地基处理方案，一是混凝土钻孔灌注桩，桩底须进入10m以下的第层，桩较长，造价较高。二是采用碎石桩，只需第层土即可，与层土构成复合地基，这样桩较短，但是，碎石桩属柔性桩，在基础范围内布桩，基础外围一圈须设碎石保护桩，造价较高。三是采用深层搅拌水泥桩来加固地基，仅在独立柱基范围内布桩，进入第层土于其上构成复合地
9、基，基础以外不须设保护桩，造价较高低。经过比较最后一种方法为本工程比较理想的地基处理方案。3.2 桩型选择第一种方案钻孔灌注桩，采用377mm钢筋混凝土钻孔灌注桩作为上部结构的持力层。此方案的优点是结构受理明确，建筑物变形小；缺点造价较高，施工噪音较大，污染环境。第二种采用复合地基处理方案-碎石桩，通过打入377mm振冲碎石桩加固地基，提高现有地基承载力。此方案的特点是施工简单，施工速度较快，加固质量容易控制。不需钢筋和水泥，但是在基础外围打二排护桩，因而地基加固费用高。第三种方案也是采用复合地基处理方案。只是桩型改用500mm水泥搅拌桩加固地基。此方案加固费用最低，桩布置及施工均不受桩距的限
10、制，复合地基承载力可根据设计要求大幅提高。 通过三种方案的经济技术比较。最终基础处理方案采用第三种方案。4 深层搅拌水泥桩化学机理及作用机理4.1 深层搅拌水泥桩化学机理用水泥加固软土时,软土的一般压缩性高.含水量大，孔隙比大。水泥一般为普通硅酸盐水泥。它是由硅酸盐水泥熟料.石膏及混合材等组成。其中硅酸盐水泥熟料对水泥的性能起决定性的作用。硅酸盐水泥熟料有多种矿物质组成，其实际矿物组成是相当复杂的，它是由多种矿物及中间物组成的聚合物。硅酸盐水泥熟料有代表性的组成矿物有以下四种：硅酸三钙、 型硅酸二钙、铝酸三钙及铁铝酸四钙，此外，还含有少量的钙钒石、玻璃相和游离的氧化钙和氧化镁。硅酸三钙是硅酸盐
11、水泥熟料的主要成分，其含量一般在15-65%左右。硅酸三钙水花速度较快，水化产物的强度较高，是水泥早.中期强度的主要组成部分，对总强度的贡献也较大。同时硅酸三钙对水泥其他性质都有重要影响。 型硅酸二钙是水泥硅酸盐水泥熟料的重要组成部分。其含量在10-40%左右。硅酸二钙晶体结构随环境温度的不同而不同，由于水泥熟料的急冷，常温下型硅酸二钙处于一种压稳定状态，具有较高的水化活性。但型硅酸二钙的水化速度较慢，对水泥的水化速度早期强度贡献较小，主要贡献是水泥中后期强度。水泥最终在很大程度上取决于型硅酸二钙的含量和水化程度。铝酸三钙在水泥熟料中的含量一般在15%以下，但铝酸三钙的水化速度非常快，水化热高
12、，是水泥早期强度的主要贡献者。但水化铝酸三钙的腐蚀性较差，当环境中沉存在硫酸盐时，铝酸三钙可与硫酸盐形成钙钒石，产生非常大的体积膨胀。所以当水泥中在铝酸三钙的含量较大时，水泥强度受硫酸盐的影响极大，抗腐蚀性的能力较差。铁铝酸四钙的水化也是是水泥早期强度的来源之一，它的水化速度非常高，水化热，是水泥抗折强度的主要贡献者。水泥与土的反应特性。在水泥搅拌桩施工过程，从溶解-析出理论看，产生强度的第一步，也就是水泥与土体反应的第一步是水泥熟料在水中的溶解过程。，溶解后的水泥熟料在水中与水分子发生反应，由于有机物及水的大量的存在使水化反应速度变得相当缓慢，其水化产物倾向于硫酸钙，因有机质的存在硫铝酸钙吸
13、收水分形成钙钒石的过程被延缓，从而形成大量的晶体结构。水泥颗粒表面的矿物于与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、水铝酸钙，这些化合物，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的于其周围具有一定活性的土颗粒发生反应，如土中硅酸胶体颗粒，其表面带有钠离子或钾离子，它们能和氢氧化钙中的钙离子进行吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团体，提高土体强度。同时水泥水化生成的凝胶粒子。吸附或性较强，将大土团紧密联系起来，并填实各土团间孔隙，形成致密坚固的水泥土结构，使水泥土强度进一步得到增强。另外，水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水和空气中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸钙，也能增强水泥土的强
14、度。这样，最后在桩体范围内形成了外层是水泥水化产物相连接，内层是被包裹的软土团粒的空间结构，这种结构是搅拌桩强度的基础。4.2 深层搅拌水泥桩的桩作用和受力机理复合地基中桩体的刚度比桩间土体大，在荷载作用下，桩体承受较大比例荷载，并通过桩体将荷载传递给较深土层，桩间土体承担的荷载较小，应力相应减小，从而提高复合地基的承载力，减小沉降量。 5 地基处理和设计方案5.1 地基处理方案。本工程采用独立柱基，柱荷载较大，在独立柱基范围内地基进行深层搅拌水泥桩加固。选定复合地基的承载力fak=180kpa.桩径500mm,有效桩长6.0-10米左右，水泥桩呈矩形分布，桩间距为800mmX800mm.5.
15、2 水泥土搅拌桩设计单桩竖向承载力特征值的确定：水泥桩的单桩承载力特征值可按（1）式或（2）进行估算，并取其中较小值，即 （1） （2）式中单桩竖向承载力特征值(kpa) 与搅拌桩桩身水泥土配合比相同的室内加固土试块(kpa) Ra单桩竖向承载力特征值(kpa) 桩的周长（m） 桩间土承载力折减则减系数，宜按地区经验取值，如无经验是可取0.75-0.95，天然地基承载力较高时取大值桩身强度折减系数,湿法可取0.250.33桩端天然地基土的承载力标准,可按国家标准建筑地基基础设计规范的有关规定确定桩端天然地基土的承载力折减系数,可取0.40.6水泥搅拌桩复合地基承载力特征值的确定，即 （3）式中
16、复合地基承载力特征值(kpa) 面积置换率 单桩竖向承载力特征值(kpa) 桩的截面积（m） 桩间土承载力折减则减系数，宜按地区经验取值，如无经验是可取0.75-0.95，天然地基承载力较高失去大值 处理后桩间土承载力特征值(kpa)，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值6 施工质量保证措施搅拌桩水泥的掺入比的设计是以水泥加固土的室内试验为依据的，因此施工所用水泥必须与试验室所用水泥相同，并严格按设计的配合比配置，如遇不同，须重新试配，确定合适的的掺入量。成桩过程中，由于机械故障或停电等原因造成停机，使成桩工艺中断，当搅拌机再次成桩时，须下深0.5m在继续成桩。严格按操作规程
17、施工，如控制好喷浆和搅拌提升速度，使水泥浆与土之间的以充分搅拌，保证水泥土的强度。 7 地基处理成品质量检验用水泥搅拌桩来处理软土地基，其最终质量控制目标是保证复合地基的整体承载力。根据用水泥搅拌桩来处理软土地基的控制项目参数及检测内容，目前常用的监测方法：轻便动力触探法、静力触探法、静载试验法。7.1 轻便动力触探试验法本工程水泥搅拌桩桩径500mm，桩如土深度6.0-9.8m不等，成桩后7天对其桩进行测试，使用轻便动力触探器取桩身水泥土样，通过观察水泥土样的颜色是否一致，有无结块或未半均匀的土团来检查水泥桩的均匀程度，同时根据触探击数（N10）开来判断桩身的强度，要求是：对于N10贯入10
18、cm击数不小于10击。少于10击或者每击大于10cm的区段直接认为所检查段不符合要求，应进行处理。轻便动力触探有效深度为4m，为加深检验深度，可在做完4m后套管压入，继续做2m。(后2m检验结果只作参考)通过检测本工程轻便动力触探击数较均匀见表2。7.2 静力触探法静力触探法是在成桩近期内，通过桩身及桩周土的不同深度进行静力触探试验，画出桩身及原始地基的触探P-S曲线。对比两者的P-S曲线形态及可直观地反应出桩搅拌的均匀性，并根据桩身的P-S值提高程度来分析桩身强度。通过检测本工程成桩后静力触探曲线比较成桩前静力触探曲线Ps值提高程度较高。7.3 静载荷试验法水泥土搅拌桩的承载力主要是通过单桩
19、或多桩复合地基承载力求得，单桩采用正方形或圆形试板进行载荷试验，试验的两根桩分别加重至320KN,都没出现明显陡降段，在确定水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值时，当QS曲线上有明显的比例极限时，而其值不小于对应比例界限的2倍，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半；当QS曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定；即取沉降比s/b或s/d等于0.006所对应的压力检测成果表水泥土深层搅拌桩加固软土地基一般都能满足多层综合楼上部结构对地基复合承载力的要求。结论通过近几年来多项水泥深层搅拌桩对软土地基加固，初步得出以下结论：（1）水泥深层搅拌桩具有施工操作简单，并且在施工中
20、无噪声，无振动，无浆液排出.无地面隆起对环境无污染现象，对土无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小，可在密集建筑群中施工，同时造价低廉，可节约钢材混凝土等材料，施工速度快，与其他类型的桩基相比有明显的优点。可见选择合理的桩型，将对工程的造价产生巨大影响。（2）根据几年来经验，本地区对4-6层商住楼.住宅楼软弱地基采用水泥深层搅拌桩（即粉喷桩）加固处理一般都能满足要求，可将软弱地基承载力提高2.-3.0倍，达到160-180kpa,同时能解决地基液化问题，其经济效益显著。（3）本地区含水量较高地下水质无腐蚀性，适合采用水泥土搅拌桩加固处理，（4） 对近期人工回填土，因其中含有较多生活垃圾簿膜塑料袋等，
21、容易引起断桩现象，一般不宜用水泥搅拌加固。（5）桩基工程是一项繁重而复杂的过程，选择合理的桩型，将对工程的造价产生巨大影响。同样桩基设计中对桩长的选择也至关重要，一定要采用多方案比较，选择合理的桩型与桩长，这都将对整个基础设计的合理性与经济性产生巨大的影响，考虑到每一个环节，统筹兼顾，从各方面使之合理化。好的设计不仅仅是要保证建筑物安全，更要使设计经济合理。表1 各层物理力学性质指标平均值层序土名天然含水量w(%)天然中重度r(KN/M3压缩模量Es（MPa）标贯击数N（击）静力触探Ps（MPa）地基承载力特征值（kpa）杂填土70淤泥质粘土混淤泥质粉土37.318.37.061.760粉质粘
22、土夹粉土25.319.810.0513.43.90160粉质粘土夹粉土25.319.86.6611.83.0190粉土混粉质粘土20.520.58.1014.45.6180表2 桩间土及水泥搅拌桩轻便动力触探击数桩如土深度(m)桩间土的平均击数（N%）水泥搅拌桩的平均击数（N10）1#2#3#1m62021252m71826203m113836454m164548505m225250556m28626568参考文献 1 沈柏林，王保义.安徽建筑：安徽建筑杂志社，2001.5-692 陶维鑫. 安徽建筑：安徽建筑杂志社，2001.5-613 周庆流，安徽建筑：安徽建筑杂志社2001.5-66-674 建筑地基处理技术规范JGT79-200212