水泥搅拌桩的单桩及复合地基的承载力研究

梁红光

【摘要】水泥搅拌桩作为软土地基加固的一种方法，广泛应用于房屋建筑、公路、中小桥涵，以及油罐和重力式挡土墙等各类工程的软弱地基加固。在水泥搅拌桩复合地基设计中，复合地基承载力的确定是一重要问题。但水泥搅拌桩承载力不足的工程事故时有发生。文章从理论上分析了计算水泥搅拌桩复合地基承载力的方法，介绍了水泥搅拌桩的施工工艺，根据对水泥搅拌桩承载力不足的工程事故的调查研究，分析了引起水泥搅拌桩承载力不足的原因，并提出了针对各种因素需要注意的工程施工要点。

【关键词】水泥搅拌桩；复合地基；地基承载力

引言

水泥搅拌桩作为复合地基的一种形式，以其造价低、环境污染少、施工工期短、加固费用低、无排土隆起、设计灵活等特点，在软土地区一般民用地基处理、深基坑支护以及水利工程地基处理中已取得了广泛的应用。水泥搅拌桩是利用特定的用于深层的搅拌机于软土地基中，在钻孔的同时并行进行的向孔中喷射水泥浆或粉体，采用搅拌机的旋转轴进行搅拌，使之与土体搅合在一起，随着土体的固结形成了高强度的桩体，与通常意义的桩有所区别。水泥搅拌桩属于柔性桩，其承载力发挥机理主要是桩体与土体之间的摩擦阻力发挥了主要的作用，属于摩擦桩；而一般的刚性桩则通常是兼具摩擦桩和端承桩的承载力特性。本文主要介绍了水泥搅拌桩地基的承载力计算方法以及水泥搅拌桩施工工艺，并分析了水泥搅拌桩承载力不足时的原因及其施工过程中的注意事项。

1水泥搅拌桩施工工艺

深层水泥搅拌桩的施工工艺流程，以湿法为例如下所示，规范规定的为：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。通俗归纳来说就是：确定桩位——启动搅拌机待命——水泥浆的制备——喷水泥浆并搅拌——反复进行搅拌——清洗搅拌机管路中的水泥浆——重新定位对桩顶再次灌浆。以下是对上述施工流程进行详尽的介绍：

（1）确定桩位。通过起重设备将搅拌机运送至指定的设计桩位并取好中心点，保持起重设备能在水平面上操作，防止意外发生；

（2）启动搅拌桩待命。一般情况下需使搅拌机进行冷却水循环，等待其循环正常方可启动搅拌机，并使搅拌机做好下切入地基土的下沉状态，必要时可灌清水进入搅拌机的管路系统，方便钻机的钻进。

（3）水泥浆的制备。当搅拌机下沉至预定的深度时，根据设计标准确定的水泥土配合比制备水泥浆并搅拌，准备完毕后将水泥浆运送至集料斗，以利灌浆。

（4）喷水泥浆并搅拌。当水泥浆灌入集料斗后，待搅拌机下沉至预定深度时，开始喷浆，喷浆时应保持灰浆泵在旋转的状态，并立即将搅拌机提升至设计的加固深度范围内，提升的速度应按照设计要求严格执行，否则引起操作混乱，影响工作效率，导致搅拌转性能达不到设计要求。

（5）反复搅拌。为使得灰土搅拌均匀，须在搅拌机提升至指定位置时，水泥浆灌入正好结束，然后将搅拌机压入水泥浆中反复搅拌，然后再次提升至加固位置。

（6）清洗搅拌机的管路系统。搅拌完毕后，用清水对搅拌机的管路系统进行清洗，将其中的水泥浆清洗干净。

（7）重新定位对桩顶再次灌浆。由于桩顶的承载力要求较高，为利于上部结构的荷载传递至地基，通常还需在桩顶1到2米深范围内进行再次灌浆并搅拌，这样可以将水泥搅拌桩桩顶处的强度进行加强。

2水泥搅拌桩承载力不足原因

水泥搅拌桩的承载力是影响该桩型的复合地基承载力的重要因素，也就是说水泥搅拌桩承载力是否达到设计标准是决定地基处理措施失效与否的标志。根据对水泥搅拌桩应用的调查研究，对引起水泥搅拌桩承载力不足的原因进行分析，归纳出以下几点影响因素：

（1）地质勘察报告不够详尽。对地层的地质状况描述不够全面具体，通常可能的原因是勘探的范围没有覆盖至所有的工程区域，以及钻探的深度没达到指定的深度，另外由于当前，从业人员鱼龙混杂，加之国内的岩土勘察行业管理混乱以及从业人员的职业道德操守无从监视，对工程勘察报告的质量影响较大，最终影响了工程设计人员对工程地质概况的认识产生了较大的误差，从而最终引起水泥土搅拌桩的承载力不足以达到工程的要求。

（2）对地质条件的复杂性准备不充分。对地基处理的措施的差异重视不够，以及对工程不同区域的地质情况的差异性的忽视，往往会产生对地基处理措施中发生水泥搅拌桩的承载力不足等工程事故。如在水泥土搅拌桩适用于处理泥炭土、有机土，但在应用该桩型时，应于现场进行试桩，并进行载荷试验，确定了能达到效果后方可使用水泥土搅拌桩进行地基处理。

（3）水泥搅拌桩施工质量差。从现场对承载力不足的水泥土搅拌桩进行取样进行试验分析，发现其一般桩体连续性较差、桩身固结度差、桩体强度低，取样时基本无法进行室内抗压强度的相关测试。分析其原因总结了几点：搅拌机的下切过程中只将土体切削成块状，而搅拌过程中未能将其捣碎，使之被水泥浆包裹起来，形成如鸡蛋壳状，内含大块粘土快导致桩体不连续而引起桩体强度低。

针对水泥搅拌桩处理软土地基出现承载力不足的情况，一般采取的在桩体附近采用其他的基桩（如钻孔灌注桩）进行补救，使得地基承载力达到设计要求。

3水泥搅拌桩承载力实例分析

在某旧城改造工程中，场地为旧房拆迁遗址，上部为人工填土，见较多的碎砖瓦片及碎石块，中、下部为淤泥质粘土，性质较差。按室内水泥土配比试验,选用42.5号水泥加固,桩长15.0m,桩径500mm,桩按间距1000mm等边三角形布置,,面积置换率25%。设计单桩承载力为130KN。本次共进行了5根桩的静载荷试验。

按前文所述的水泥土搅拌桩施工流程进行施工完毕后，现场对复合地基进行静载荷试验，以判断复合地基承载力和沉降是否满足设计要求。荷载试验在30d龄期后进行，检测方法采用平板载荷试验慢速维持荷载法,并随机抽取数量为总桩数的1%的桩进行试验。

单桩静载试验加载装置采用千斤顶反力锚梁装置,抽检载荷试验点七个,单桩试验加荷等级为8级,总荷稳定标准、终止试验条件及承载力特征值确定方法按相关检测规程进行,试验检测结果如表1所示，发现该工点区域的搅拌桩载荷试验结果表明其承载力不足。根据取样发现，该区域范围地基土含有机质、腐殖质较多，且含水量较大，天然地基承载力过低，不适宜采用水泥搅拌桩，现场与设计部门协调后采用钻孔灌注桩进行补桩，并重新进行载荷试验测试基桩承载力。试验结果表明水泥搅拌桩的单桩承载力、复合地基承载力均满足承载力设计要求，但局部范围内由于原为水渠，土质较软弱不适宜使用水泥搅拌桩，采取钻孔灌注桩补救后承载力满足要求。

结论

通过对水泥搅拌桩承载力不足的调查研究，对引起该工程事故的原因加以分析，总结了岩土勘察对地基基础设计的重要性，建议工程人员对此加以重视。针对引起水泥搅拌桩的承载力不足的原因，提出相应的对策，为工程人员水泥搅拌桩成桩过程提供参考，具有一定的现实意义。

参考文献

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[2]叶三霞,徐光黎.桩网复合地基承载力公式参数β取值分析[J].土工基础.2010(01)