簡述夯實水泥土樁在某污水廠工程中的應用

張高森

摘要 ：本文以某污水廠工程為例，介紹一下夯實水泥土樁在工程實際中的應用，該場地地表之下為濕陷性黃土狀土，經勘查計算，需要對該地基進行處理，提高承載力，消除不均勻沉降。根據現場實際情況的具體分析，以及對以往濕陷性黃土場地所用的地基處理方案，進行對比優選，決定采用夯實水泥土樁復合地基體系。本文詳細的介紹了該水泥土樁在工程實例中的設計過程。

關鍵詞 ：夯實水泥土樁 樁基 地基處理

該工程場地原為耕地，在地貌上屬于太行山山前沖洪積平原，地形平坦。本次勘察查明在鉆探所達53.0米深度范圍內，除表層填土之外，主要地層均為第四紀沖洪積成因形成的粘性土、粉土和砂類土。根據其巖性和物理力學性質自上而下分為13個工程地質層。②③④及⑤層具有濕陷性，濕陷系數在0.000至0.059之間，具不均勻濕陷性?？辈靾龅匚挥跇嬙煜鄬Ψ€定地坪，無新構造活動跡象，本次勘察未發現不良地質作用。靜止水位深埋在35.80至36.00米，標高為31.40至31.55米，水取樣化驗分析，地下水對砼無腐蝕性。

根據濕陷實驗結果，自①層素填土底面開始計算自重濕陷量。依據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）該場地為非自重濕陷性場地，地基濕陷等級為一級（輕微）。分析數據可看出構筑物初沉池和生物池場地需要考慮地基濕陷性，需要進行地基處理。需要提高的地基承載力值不大，主要減小地基的不均勻沉降，建議采用夯實水泥土樁復合地基方案，以⑦層粉質土為樁端持力層。

夯實水泥復合地基，具有提高地基承載力（50%-100%）通常復合地基承載力可達180～300kPa。降低壓縮性，材料易于解決，施工機具設備，工藝簡單，施工方便，工效高，地處理費用低。夯實水泥土樁通過兩方面作用使地基強度提高：一是成樁夯實過程中擠密樁間土，使樁周土強度有一定程度提高；二是水泥土本身夯實成樁，且水泥與土混合后可產生離子交換等一系列物理化學反應，使樁體本身有較高強度，具水硬性。處理后的復合地基強度和抗變形能力有明顯提高。目前該項技術已在北京、河北等地大量工程中應用，產生了巨大的社會經濟效益，夯實水泥土樁混合料采用水泥和土，造價低廉，節省了大量建筑資金。較其它處理方法（素砼樁等）節省費用50%以上。由于夯實水泥土的強度等級一般小于等于C5，因此處理的深度應加以限制。當采用洛陽鏟成孔時，宜小于6m，當處理深度大于6m時，此時由于施工工藝所限，效率太低，因此不宜采用。

夯實水泥土樁的設計方案：

設計需處理的基礎持力層為第⑤層黃土狀粉土（地基承載力特征值fak為140KPa）以及下臥層⑥層粉土（地基承載力特征值fak為110KPa），不能滿足設計要求，需進行處理。設計要求復合地基經處理后承載力特征值≥150kPa（200kPa）。

根據巖土工程勘察報告和設計要求，樁端穿過⑤層黃土狀粉土進入⑦層粉質粘土層，樁頂標高61.00m，第⑥層粉土底標高最低處為56.61m，樁長設計采用綜合方法，有效樁長取5.00m（褥墊層厚度按0.15米考慮），施工樁長為5.15m，基礎底標高60.35m處有效樁長取4.5m，施工樁長為4.65m，樁端進⑦層粉質粘土層。

夯實水泥土樁的參數選?。?/p>

樁徑：d=350mm；

樁長：有效樁長5.00m（4.50m），保護樁長為0.15m，施工樁長5.15米（4.65米）；

布樁形式：根據基礎形狀矩形布樁；局部根據基礎尺寸進行調整；

樁體材料采用1：7水泥土料，水泥為P.S 32.5硅酸鹽水泥，土料過10-20mm篩，或用機械粉碎。

褥墊層：在水泥土樁樁頂與基礎砼墊層間設置150mm厚中粗砂或碎石褥墊層，褥墊層鋪設夯填度應滿足規范要求，其作用是保證樁、土共同工作，減少基礎底面的應力集中，削減地震等水平荷載影響。

夯實水泥土樁施工工藝采用：“機械成孔、機械夯實”。

夯實水泥土樁的計算參數：

設計樁徑d=350mm，樁長：有效樁長5.0m（4.50m），保護樁長為0.15m， 樁頂⑤層黃土狀粉土承載力特征值fak=140kPa，⑥層粉土承載力特征fak=110kPa，樁周土側阻力特征值分別為⑤層19.5kPa、⑥層16.0kPa和⑦層22kPa，樁端土層的端阻力特征值為320kPa。

夯實水泥土樁的設計計算公式：

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002 ），復合地基承載力計算公式為：

fspk=m·Ra/Ap+β·（1-m）·fsk

Ra=α·Qp·Ap+Up·∑Qsi·Li

式中：fspk--復合地基承載力特征值（kPa）

m—面積置換率

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）

Ap—樁身截面積，0.0962m？

β—樁間土承載力折減系數，取0.9

fsk—處理后樁間土承載力特征值，?、迣臃弁撂烊坏鼗休d力特征值110kPa

Qp—樁端阻力特征值（kPa）

Up—樁身周長（m）

Qsi—樁周第i層土的側阻力特征值（kPa）

li—第i層土的厚度（m）

設計計算：

①單樁豎向承載力特征值確定（單樁承載力特征值實取91KN）

②置換率計算

③樁距s確定（實際布樁時，在滿足置換率要求且布樁整體均勻的前提下，根據礎平面圖基礎特點來確定布樁形式）

④復合地基承載力驗算

⑤樁數確定

⑥單樁豎向承載力特征值驗算

⑦下臥層驗算

在設計的時候應注意的幾點：樁多采用條基（單排或雙排）或滿堂布置，樁體間距0.75-1.0米，排距0.65-1.0米。水泥土樁在基礎邊線內布樁，必要時也可在基礎外設置護樁，基礎邊線至樁中心的最小距離小于1.0D，但同時也不宜大于1.5D；水泥土樁樁長應根據工程地質情況、工程要求將樁端選在較好的持力層，樁端進入持力層應不小于1-2倍樁徑，樁長最長不宜超過10.0米；夯實水泥土強度標準值為28d齡期試塊的無側限抗壓強度，夯實水泥土樁水泥土混合料配合比的設計應根據工程對樁體強度的要求、土料性質、水泥品種標號確定，一般取取水泥與土的體積比1：5～1：8；在基底下宜鋪100～300毫米的褥墊層，當樁體承擔較多荷載時，褥墊層厚度取小值，反之取大值。褥墊層材料可采用中砂、粗砂、碎石或級配砂石；地基基礎設計等級為甲級建筑物、地質條件復雜的場地、在同一場地內地基處理面積較大或缺乏經驗時，復合地基承載力特征值按現場復合地基載荷試驗確定；機具設備以及材料要求，成孔機具采用洛陽鏟或螺旋鉆機；或震動打套管成孔。夯實機具用偏心輪夾桿式夯實機，或吊錘夯實機。夯錘重量不小于60千克，錘徑不大于270毫米，落距不小于700毫米。水泥用強度等級32.5的普通硅酸鹽水泥，要求新鮮無塊結，土料應用不含垃圾雜物，有機質含量不大于8%的基坑挖出的粘性土，破碎并過20毫米的孔篩或粉碎機粉碎。