一、前言
水泥土深層攪拌法是在處理軟土地基方面被推廣使用的一種方法，該方法是強(qiáng)制將粉狀水泥與含水量較高的軟土拌和，讓水泥、土和水三者發(fā)生水化及物化反應(yīng)，從而形成具有一定強(qiáng)度的水泥土樁，樁與樁間土組成復(fù)合地基。水泥土攪拌樁加固地基具有施工工期短，效率高，施工中無振動(dòng)，無噪聲，無地面隆起，不排污，不擠土，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因而在處理軟土地基方面得到廣泛的應(yīng)用。
樁身質(zhì)量一定程度上決定了水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力。因此，在施工過程中對(duì)成樁工藝、施工機(jī)具和質(zhì)量檢驗(yàn)等的要求都較高，為此，對(duì)于相關(guān)的規(guī)范及規(guī)章要嚴(yán)格執(zhí)行，以保證工程質(zhì)量的安全可靠。實(shí)踐表明，要增大軟土地基的承載力，可以采用水泥攪拌樁處理方法來實(shí)現(xiàn)，這是由于深層攪拌法工后沉降小，該方法較為適用于沉降要求比較高的軟土地基處理，因此，當(dāng)前在處理軟土地基方面人們較為推廣的方法就為深層攪拌加固法。
二、水泥攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算
水泥攪拌樁的常規(guī)設(shè)計(jì)步驟為:首先以場(chǎng)地工程地質(zhì)條件為依據(jù)，對(duì)單樁豎向承載力進(jìn)行確定，然后再以復(fù)合地基承載力的要求為依據(jù)，將置換率、樁數(shù)確定下來，再進(jìn)行布樁，最后再進(jìn)行必要的驗(yàn)算。復(fù)合地基承載力的驗(yàn)算、下臥層的強(qiáng)度驗(yàn)算、地基的沉降變形驗(yàn)算這三個(gè)部分為計(jì)算的主要內(nèi)容。
（一）確定單樁豎向承載力特征值
我國(guó)《地基處理手冊(cè)》規(guī)定: 要通過現(xiàn)場(chǎng)單樁載荷試驗(yàn)來確定單樁豎向承載力特征值。也可根據(jù)式(1)來進(jìn)行估算，同時(shí)還要滿足式(2)的要求，要確保式(2)樁身材料強(qiáng)度所確定的單樁承載力要大于由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力，即在兩者中取小值。
其中，R_a代表單樁豎向承載力特征值，kN。f_cu代表在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊(邊長(zhǎng)為70.7 mm或50 mm立方體)，90 d齡期的立方體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值，kPa。η代表樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，其干法可取0.20-0.30，濕法則取0.25-0.33。A_p代表樁的截面積，m²。u_p代表樁的周長(zhǎng)，m。n代表樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)。q_si代表樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，通常其值可取4 kPa-7 kPa，對(duì)于淤泥質(zhì)土而言可取6 kPa-12 kPa，對(duì)于軟塑性狀態(tài)的粘性土而言可取10 kPa-15 kPa，對(duì)于可塑狀態(tài)的粘性土而言可取12 kPa-18 kPa。l_i代表樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度。M；a代表樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，通常其值可取0.4-0.6。q_p代表樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa。
（二）確定復(fù)合地基承載力
要通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)來確定水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值，也可以按照 (3)來計(jì)算:

其中，f_sp,_k代表攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值，kPa；m代表面積置換率。β代表樁間土承載力折減系數(shù)，根據(jù)《地基處理手冊(cè)》中的相關(guān)規(guī)定，在軟土情況下樁端土的承載力可取0.5-1.0，在硬土情況下樁端土的承載力可取0.1-0.4，β=0是在不考慮樁間土作用時(shí)。f_s,k代表樁間天然地基土承載力特征值，kPa。
（三）確定樁數(shù)并布樁
由式(4)可以計(jì)算并確定水泥攪拌樁樁數(shù):

其中，n代表樁數(shù)。A代表上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底面積，m²。要根據(jù)基礎(chǔ)類型來確定水泥攪拌樁的布置，通常在布樁時(shí)采用正方形或等邊三角形進(jìn)行，樁間距根據(jù)面積置換率可算出，通常在基礎(chǔ)范圍內(nèi)進(jìn)行布樁，如果條件允許的情況下，適宜在基礎(chǔ)外緣處加兩排護(hù)樁。
（四）下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算
如果所設(shè)計(jì)的攪拌樁置換率較大，且并不為單排樁時(shí)，要將攪拌群樁和樁間土看作為一個(gè)假想實(shí)體基礎(chǔ)，通過式(6)可以驗(yàn)算出下臥層地基強(qiáng)度:
其中,R_b代表所假想的實(shí)體基礎(chǔ)底面的平均豎向壓力設(shè)計(jì)值。kPa；A代表上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底面積，m²。G代表假想實(shí)體基礎(chǔ)自重，kN。A_s代表假想實(shí)體基礎(chǔ)的側(cè)表面積，m²。q_s代表所假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)面的土層摩阻力平均值，kPa。A₁代表所假想實(shí)體基礎(chǔ)得底面積， m²。f_sp代表復(fù)合地基設(shè)計(jì)值。k,f_s,_k代表樁間土承載力設(shè)計(jì)值,kPa。R_s代表所假想實(shí)體基礎(chǔ)底面經(jīng)修正后的地基承載力設(shè)計(jì)值，kPa。
（五）沉降計(jì)算
當(dāng)上部基礎(chǔ)傳來的荷載時(shí)，該荷載由攪拌樁復(fù)合地基承受，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生的沉降S，樁土復(fù)合層本身的壓縮變形S₁和下臥層的沉降S₂構(gòu)成了沉降S，即S= S₁+ S₂。

其中，P代表樁土復(fù)合層頂面的平均壓力，kPa。P₀代表樁土復(fù)合層底面的附加壓力，kPa。γ_p代表樁土復(fù)合體的平均重度。L代表樁長(zhǎng)。E₀代表樁土復(fù)合體的變形模量，kPa。E_p代表樁身水泥土的變形模量，kPa。E_s代表樁間土的變形模量，kPa。按照現(xiàn)行地基規(guī)范中的分層總合法可以計(jì)算出樁端下未加固土層的沉降量S_2，如式（8）：
其中，ΔP_si代表樁端下沒有加固土層第i層復(fù)合土體上的附加應(yīng)力增量，kPa。H_i代表樁端下沒有加固土層第i層復(fù)合土層的厚度，m。E_si代表樁端下沒有加固土層第i層復(fù)合土體的壓縮模量，kPa。
(六)設(shè)計(jì)步驟
1、地基變形可以根據(jù)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，加固深度由建筑物對(duì)變形量的要求來確定，即對(duì)施工樁長(zhǎng)進(jìn)行選擇。
2、樁身強(qiáng)度和水泥摻入比及有關(guān)施工參數(shù)要根據(jù)土質(zhì)條件、固化劑摻量、室內(nèi)配比試驗(yàn)資料和現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。在缺少室內(nèi)配比試驗(yàn)資料時(shí)，可以估算樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度f_cu值為1.0 Mpa-1.6 MPa。
3、以樁身強(qiáng)度的大小及樁的斷面尺寸為依據(jù)，單樁承載力可以由式(2)計(jì)算出。
4、單樁承載力由上述步驟可求得，地基土對(duì)樁提供的承載力可以由式(1)計(jì)算得出，對(duì)有效樁長(zhǎng)計(jì)算并確定。
5、復(fù)合地基承載力fsp值要達(dá)到所規(guī)定要求，就要根據(jù)單樁承載力、有效樁長(zhǎng)和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，樁土面積置換率m和樁數(shù)計(jì)算值n通過式(4)和式(5)分別計(jì)算出來。
6、在布樁過程中要根據(jù)樁土面積置換率和基礎(chǔ)形式進(jìn)行，可僅限于在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)布置攪拌樁。
7、在對(duì)復(fù)合地基變形進(jìn)行計(jì)算時(shí)，如果達(dá)不到上部建筑物容許值時(shí)，既要對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整然后再計(jì)算。
三、施工過程中的質(zhì)量控制
軟土地基自身承載力弱，因此對(duì)地基加固的標(biāo)準(zhǔn)要求很高，施工質(zhì)量必須嚴(yán)格得到控制，以保證施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在施工中，必須對(duì)每根樁的垂直度，包括攪拌樁的強(qiáng)度，樁長(zhǎng)，樁位，送漿等嚴(yán)格按操作程序及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去操作完成。在這些質(zhì)量控制點(diǎn)上要嚴(yán)格進(jìn)行技術(shù)監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)任何差錯(cuò)都必須立即糾正，否則可能釀成質(zhì)量事故。
1、垂直度。對(duì)攪拌樁垂直度質(zhì)量控制嚴(yán)格與否，直接影響到樁身的整體質(zhì)量。在樁架上兩個(gè)方向設(shè)置水平尺及2m高的線砣，使垂直線球保持在刻度范圍內(nèi)，每根樁打樁前檢查一次，每鉆進(jìn)提升一次時(shí)，必須檢查一次，使打樁全過程保持在允許的垂直度范圍內(nèi)。
2、攪拌樁強(qiáng)度。其質(zhì)量控制要求是對(duì)入場(chǎng)的施工材料及時(shí)抽查、送驗(yàn)，對(duì)不符合技術(shù)要求的施工材料杜絕使用；隨機(jī)檢查水泥灰與水的配合比是否符合要求，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
3、樁長(zhǎng)。其質(zhì)量控制要求是計(jì)算好施工樁長(zhǎng)，成樁前量好鉆桿長(zhǎng)度，并在樁架上做好標(biāo)記，保證深度誤差小于5cm，嚴(yán)格掌握好噴漿位置。
4、樁位。其質(zhì)量控制要求是根據(jù)總承包方提供的控制點(diǎn)測(cè)量設(shè)置樁位（用竹簽作標(biāo)記），測(cè)量誤差要小于1cm，攪拌頭對(duì)準(zhǔn)竹簽誤差也應(yīng)小于1cm，累計(jì)誤差小于2cm。
5、送漿。其質(zhì)量控制要求，在灰漿擠壓泵上安裝擠壓表或自動(dòng)記錄儀，防止送漿壓力不足和樁身斷漿。在送漿過程中，設(shè)專人觀察，記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)與前臺(tái)取得聯(lián)系并進(jìn)行補(bǔ)噴，補(bǔ)攪。
四、結(jié)束語
（一）將樁間天然地基土承載標(biāo)準(zhǔn)值取為樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值。因水泥土在攪拌樁中將樁間土水分吸收，這樣就可以固結(jié)天然地基土，從而就使得樁間土強(qiáng)度得以加強(qiáng)。因此，樁間土天然承載力標(biāo)準(zhǔn)值由樁間土被固結(jié)后的實(shí)際承載力所代替是可行的。
（二）深層攪拌樁利用了原有的軟弱土，將天然地基軟弱土與固化劑攪拌混合，從而大大減少了土方工程。相比灌注樁，即可以節(jié)省材料，還便于施工。尤其對(duì)于軟土地基，深層攪拌樁對(duì)于軟土地基的加固具有較好的實(shí)用性。
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