水泥土搅拌桩在高层住宅软土地基中的应用

水泥土搅拌桩在高层住宅软土地基中的应用1概述
近年来，我国沿海地区工程项目逐渐增多，这些地区经常遇到一些地表下为较深的淤泥质软土地层，为了满足工程使用要求，地基处理已成为一个带普遍性的问题。

水泥土搅拌桩是加固深厚层软土地基的一种常用技术，它以水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软粘土与水泥浆强制拌和，使水泥和软质土结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩体，桩与桩间土构成复合地基，共同承担上部结构荷重，从而提高地基强度，减少地基变形。

2工程实践
2.1地质情况
某花园花园分A、B及C、D、E塔楼为5栋井字型高层商住楼，楼高16层，地下室1层。

场地钻孔资料表明，场地主要土层自上而下大致如下：
⑴人工填土：厚度1.00~2.80m，由粉质粘土，碎石、砖块，生活垃圾组成，土质松散。

⑵耕（表）土：厚度0.25~0.55m，土性为粉质粘土，稍湿，可塑。

⑶上更新世冲洪积土：顶面埋深1.7~4.20m，厚度为0.6~6.70m，土性主要为粉质粘土，其次粉土，软可塑~硬可塑，泥质中粗砂及中细砂，中密层多，标贯击数4.5~14.1击。

⑷风化残积土：顶面埋深4.00~9.25m，厚度2.50~16.30m，土性为粉质粘土，软可塑居多，局部软塑，标贯击数4~12.5击。

⑸强风化岩：顶面埋深10.1~16.9m，厚度2.29~6.6m，为强及中偏强风化岩，岩块质软，徒手可折断。

⑹中风化岩带：埋深9.05~23.65m，厚度0.2~2.35m，岩性为裂碎溶蚀灰岩，裂隙，溶蚀发育，岩芯破碎。

⑺微风化岩带：顶面埋深10.00~22.05m，岩性为黑色灰岩，致密，坚硬，岩芯较完整，属硬质不易软化岩类。

局部裂隙溶洞较发育。

场地地下水中，第四系孔隙潜水水量不多，弱承压岩溶水则较为丰富，对砼无侵蚀性。

2.2地基处理方案
最初方案是采用φ500静压管桩。

由于该场地岩层为灰岩，灰岩岩面通常呈陡峭斜面。

因此静压管桩很容易出现斜桩，断桩等现象，先期施工的24条桩大多数不能稳压，达不到符合设计要求。

在此情况下，经过各方面的比较论证，认为本工程地质岩层较浅且楼层不太高，地下室底板至岩面的粉质粘土层较软，采用片筏基础，并用水泥土搅拌桩进行地基处理将地基承载力提高，以达到设计的要求。

具体做法是，采用φ500搅拌桩进行地基处理，搅拌桩中心距0.6~0.8m，其中大部份区域为0.8m 间距，地质较差或荷载较重的区域搅拌桩间距为0.6~0.7m，搅拌桩桩长以达到岩面为控制。

首先做基坑喷锚护坡，第一次挖土至地下室的底板桩顶设计标高以上500mm处（即4.25米），然后开始搅拌桩施工，从2011年12月19日开工至2012年1月5日完成C、D、E栋搅拌桩5172根，钻孔深51954.9延长米，桩长41892.24米，桩体.8226 .6立方米，使用水泥4859.5吨，2000年1月6日开工至2000年1月24日完成A、B栋搅拌桩3991根，钻孔深42167.45延长米，桩长35422.82米，桩体6956.2立方米，使用水泥4109.1吨，水泥用量平均为590kg/m3。

为使各搅拌桩受力均匀，在搅拌桩复合地基上铺0.8m厚砂垫层，砂垫层采用2:1的中粗砂和碎石（10~30mm）。

按设计要求砂垫层分层压实，每层厚度为200mm。

压实后的砂垫层标贯击数也达到了设计要求的不小于7击的结果。

3试验结果
本方案的可行性是建立在对复合土体试验的基础上的，因此在施工水泥土桩后进行以下试验分析。

3.1试验荷载的确定
我国《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）规定，取90d龄期试块的无侧限抗压强度为加固土的强度标准值。

为加快施工进度，本工程在28d龄期后对复合地基进行压板试验，根据中华人民共和国行业标准《软土地基深层搅拌加固法技术技术规程》（YBG225-91），搅拌桩30d强度约为90d 强度的60-75%。

同时考虑到搅拌桩复合地基中搅拌桩承受荷载的比例约为70%，设计要求水泥土搅拌桩复合地基承载力达到300Kpa（计算得出A至E栋塔楼作用在地基上的平均压力标准值实际为260kpa）。

因此，试验时按设计要求的水泥土搅拌桩复合地基承载力300KPa折减60%-70%的两倍，即360-416kpa作为试验的最大荷载。

3.2试验结果
我们对A、B栋进行了三个试点试验，C、D、E栋进行了五个试点的试验，试验结果见下表：
〔表1〕A、B栋试验结果
〔表2 〕C、D、E 栋试验结果
说明：（1）A、B、C、D、E栋塔楼作用在地基上的平均压力标准值为260kpa。

（2）s/d为压板试验沉降量与压板直径之比。

3.3复合地基承载力分析
根据试验结果，对A、B幢（见表1），按S/b=0.01确定的承载力标准值为190kpa，按最大试验荷载的一半确定的承载力标准值为208kpa。

考虑到试验按70%的龄期折减，也达到设计要求的地基承载力。

对C、D、E幢（见表2），若按s/b=0.01确定地基承载力基本力基本值，由于离散性大，难以确定承载力标准值。

但从试验结果看，3#点的试验曲线明显不合理，若舍弃3#点与1#点的结果，则承载力标准值为235kpa。

按最大荷载的一半确定的承载力标准值为180kPa，若不考虑龄期的折减，对试验确定的标准值按按我国《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）第5.1.3条规定进行宽度与埋深的修正。

f=fk+ηb·γ·（b－3）+ηd ·γo·（d－0.5）
取ηb=0.5，ηd =2.2，γ=γ0 =10KN/m3
则f=180+0.5×10×（6－3）+2.2×10×（6.5－0.5）=327kpa
C、D、E栋作用在地基上的平均压力标准值为260kpa。

设计值为P=300kPa ＜f=327kPa。

因此，也满足地基承载力要求。

（6）地基沉降分析
A、B栋作用在地基上的平均压力标准值为260kpa。

260kPa对应的试点的沉降量为25.04、37.52、26.19mm，平均沉降量为29.58mm，反算复合地基的变形模量为：
E=
=
考虑到龄期的增长，最终地基变形模量为试验值的 1.3倍即11262×1.3=14640kpa，则基础沉降
C、D、E基底标准值为246kPa。

246kPa对应的试点的沉降量为表2所示。

取0.8×0.8间距的4个点的平均值为21.8mm，反算地基的变形量为：
E=
=14458kPa
最终地基地形模量试验值为14458×1.3=18795kPa，则基础沉降S= ==7.9cm
以上计算是基于搅拌桩与石灰岩面接触良好的前提下进行的，考虑到施工等不利因素，结构设计时各栋建筑楼均按最终沉降10cm采取相应的结构措施。

即加强筏板基础的刚度，同时将塔楼的基础标高设计成比裙楼高10cm。

4沉降观测
根据设计要求，施工阶段要进行沉降观测，工程竣工后仍要继续一段时间的沉降观测。

A~E栋的基础底板砼浇捣完成后，我们对其进行了沉降观测。

±0.00以下共布置了20个观测点，进行了4次观测，累积最大沉降A、B栋为-9.00mm、累计最小沉降量为-3.71mm，沉降差5.29mm。

C、D、E栋累积最大沉降量为-24.19mm、累计最小沉降量为-2.25mm、沉降差21.94mm。

均在设计允许范围内。

±0.00以上的主体结构施工阶段，每浇筑两层进行沉降观测一次；共布置了45个观测点，至今为止共进行了8次观测。

此时，A~E栋均已完成天面层，砌体已砌到13层，A、B栋总沉量-11.05mm，沉降差7.98mm。

C、D、E栋总沉降量为-18.41mm，沉降差6.73mm。

各点的沉降量比较均匀，沉降量和沉降差均在设计允许范围内。

从上述沉降计算值与观测值对比可以看出，沉降量计算值为106mm和79mm，而对应的观测值为11.05mm和18.41mm，观测值远小于计算值，说明理论计算与实际观测的沉降量是有差距的，显然前者偏于保守，虽然今后的沉降仍在继续，但从观测数值规律看，今后的沉降肯定是缓慢的，数值也是很小的。

5几点体会
⑴在地质情况较复杂的软土地层无法采用静压管桩等基础形式时，采用水泥土搅拌桩进行地基处理并结合筏板基础作为层数不太高的高层住宅的复合地基是可行的，地基强度是足够的，基础沉降量也能达到设计要求。

⑵为使复合地基受力均匀，高层住宅的基础宜采用筏板基础，筏板下宜做砂石垫层，垫层应分层压实，保证压实系数不小于0.97。

⑶为加强复合地基上部结构整体刚度，建筑物形体力求简单，平面尽量对称，最好不出现转折或高度差异较大的现象，荷载分布应均匀，尽量使结构重心与基础形心重合。

⑷结构上电梯井空向应适当增大些，以适应不均匀沉降的影响。

⑸对建筑物进行沉降观测，密切留意建筑物沉降变化。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。