深层水泥搅拌桩复合地基设计计算

王琦

摘要：在国民经济迅速发展的大时代下，建筑行业中的地基技术水平明显提高，尤其是在深层水泥搅拌桩工程建设项目，相关人员采用特定管理措施就可以达到预设的施工建设效果。基于此，本文以高邮某供热电厂为例为主要研究对象，首先对工程概况进行叙述，其次从不同角度说明了深层搅拌桩设计；最后通过图示形式对水泥搅拌桩设计一般计算流程进行分析，希望能够给同行提供一定参考。

关键词：深层水泥搅拌桩；复合地基；计算流程

引言

为了全面优化并提升建筑施工项目的建设质量，设计人员应高度重视各种复合地基的工程数据资料进行设计，通过大量实践不断优化并改进水泥搅拌桩复合地基的相关流程，在各个技术人员充分交流的基础上，制定科学合理的水泥桩复合地基设计方案，逐步改良并解决巨桩基沉降或者悬桩承载力问题后，提高整个施工项目建筑结构的安全性和稳定性。

1.工程概况

本工程项目以高邮某供热电厂为例，厂址区地形基本平坦，地势较低，地面高程一般为2.00～3.00m。水系较发育，交通便利。区域地貌单元为里下河冲积平原。

厂址区的地基土主要包括全新统～上更新统冲积成因的粉质黏土、粉质黏土夹粉土、淤泥质粉土、淤泥质粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、粉土、粉土夹粉质黏土。地表尚分布一定厚度人工堆积成因的填土。地表以下普遍分布一定厚度的软弱土层，其工程性状较差，且具有强度低、灵敏度高、渗透性差和排水固结程度不充分等特点，在桩基施工和大面积堆载时会产生一些环境岩土工程问题。

2.深层水泥搅拌桩设计

2.1方案设计

根据我院在类似地质条件的工程中的设计经验，我们认为可能适合本场地岩土条件的复合地基方案有以下几种：

（1）预制小方桩或小管桩：采用小断面的预制方桩穿透上部软弱土层，支承在承载力较高的层⑤粉质黏土夹粉土或以下土层。

（2）水泥搅拌桩：通过搅拌机械就地将水泥和地基软土强制搅拌，是软土硬结成具有整体性和一定强度的水泥加固体，从而提高地基土的强度和增大变形模量。

（3）高压旋喷桩：高压喷射注浆法包括旋喷、定喷和摆喷三种方法。由于高压喷射注浆使用的压力大，因而喷射流的能量大、速度快。当它连续和集中地作用在土体上，压应力和冲蚀等多种因素便在很小的区域内产生效应，对从粒径很小的细粒土到含有颗粒直径较大的卵石、碎石土，均有巨大的冲击和搅动作用，使注入的浆液和土拌合凝固为新的固结体。实践表明，本法对淤泥、淤泥质土、流塑或软塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基都有良好的处理效果。

初步判断三种复合地基方案均能适应本工程场地，水泥搅拌桩较其它两种复合地基型式经济性好，且适用于处理淤泥，在江苏境内使用广泛，施工方便，本工程推荐采用此方案。

据初步估算，采用直径600mm，桩长15.5m，桩距1.0m的水泥搅拌桩,采用粉体喷搅法（干法）施工，经过水泥搅拌桩处理后，复合地基的承载力应能提高到120Kpa(桩端穿过上部软弱层到⑤或以下土层)。可以满足电厂小型辅助构筑物的使用要求[1]。

经过综合分析和讨论，要求工程项目竣工后沉降效果较低，在施工建设场地堆载预压施工材料后，应采用水泥搅拌桩复合地基设计方案进行施工建设。

2.2承载力计算方式

在实际的工程项目施工环节中，设计及相关人员应采用适当管理措施对水泥搅拌桩的单桩承载力数据信息进行充分收集，通过适量检测方式对水泥搅拌桩单桩承载力计算方法如下：

第一种计算方式：

设计人员应结合复合地基承载力及置换率的数据信息反过来计算实际的单桩承载力，计算公式如下：

      （1）

上述等式中，水泥搅拌桩单桩承载力由表示，计量单位（kN），复合地基承载力由表示，在确定代表桩间土承载力后，计量单位为kPa，与此同时，应将置换率设定为字母m，桩的截面积由Ap代表，且代表桩间土承载力折减系数。

第二种计算方式：

设计人员应充分收集并获取桩端阻力、单个桩长、桩径。桩侧壁摩擦力等统一计算单桩承载力数据信息，具体计算公式如下[2]：

       （2）

上述等式中，首先，桩周第i层土的侧壁摩擦力由表示，计量单位为kPa；其次，桩周第i层的土的厚度由Li表示、桩的周长由u代表，计量单位均由m表示，最后，对于桩端天然地基土承载力折减系数由a代表。

第三种计算方法：

设计人员应妥善应用桩截面轴压承载力等数据信息，对单桩承载力进行统一计算，具体公式如下：

                                         （3）

上述等式中，代表强度折减系数，与桩身水泥土配比相同的室内水泥试块在标准养护条件下90日龄期的抗压强qu代表，计量单位为kPa。

值得注意的是，在实际应用中，使用桩截面轴压承载力等数据信息对单桩承载力进行计算时，设计人员应首先确定桩体是纯摩擦型桩还是支撑型桩体。国内外相关学者指出，建筑设计人员应高度关注桩体实际长度、桩身刚度及土体刚度的自身特点，得出单桩的承载特性，在确定临界桩长Ls的具体定义，即在竖向荷载作用下，桩体侧壁摩擦力随着桩体变化逐渐减少，一旦桩身长度充足时，截面承载力时桩侧壁摩擦力在一定深度时可递减至零，对应的桩长被统一称为临界桩长。

具体来讲，当临界桩长Ls大于设计桩长L时应结合摩擦支承桩对其进行考虑，临界桩长Ls小于设计桩长L时因为超长部分不参与荷载传递作用，此时桩端阻力为零，也可以被看成摩擦桩，结合公式（2）计算单桩承载力即可，此时计算人员应不考虑桩端阻力，并确保桩长不得超过临界桩长。

实际临界桩长计算公式如下：

     （4）

  上述等式中，首先，桩与土体的变形模量由表示，计量单位为kPa；其次，桩径由D表示、临界桩长由Ls表示，计量单位为m；再次，一旦桩发生位移时四周土体的相关区域会发生明显变化由a代表，假定单桩的半径为R1，影响区域半径为R2，此时a=（R1-R2）/2R2。

简言之，水泥搅拌桩单桩承载力的计算方式应根据实际工程建设中地基的应用目的决定的，假定水泥搅拌桩安设只是为了缩小沉降效果，在对单桩承载力计算中，按（2）、（3）计算流程取最短值即可，假定地基承载力不足，建筑设计人员选用水泥桩搅拌处理，应先按照公式1计算，随后根据实际情况对公式二、公式三进行校验复核即可。

3.水泥搅拌桩设计一般计算流程

水泥搅拌桩设计计算流程图如图1所示[3]。

图1.水泥搅拌桩设计计算流程图

以本工程为例，桩径600，桩长10m，中心距1.0m的水泥搅拌桩设计计算如下表所示。

表1水泥搅拌桩设计计算表

结束语：

总而言之，深层水泥搅拌桩复合地基设计计算的合理实施与运用涉及到的内容是相对较多的。在实际的建筑工程项目开展期间，设计人员应通过实地考察等方式全面收集并获取大量真实可靠的施工建设信息，在与各个施工技术部门进行充分交流的基础上，制定科学完整的施工方案，同时，设计人员还应利用先进的计算机技术、互联网技术及云计算处理方式，严格遵守并执行国家规定的施工建设标准建立健全完整的施工建筑模型，并进行综合评估与论证，做到因地制宜、具体问题具体分析，确保整个建筑工程项目建设质量有所提升，最后促进建筑行业的可持续发展。

参考文献：

[1]赵志国. 水泥搅拌桩施工挤土效应分析[J]. 科技创新与应用， 2023, 13(4):4.

[2]贝建忠， 赵瑞东， 李伟仪，等. 水泥搅拌桩复合地基综合强度指标方法在岸坡设计中的适用性分析[J]. 水运工程， 2022(5):184-190.

[3]殷天军， 宁华宇， 寇晓强. 深中通道沉管基础水下深层水泥搅拌桩应用全过程探讨[J]. 中国港湾建设， 2022, 42(7):6.