论文部分内容阅读
摘要：工程实例表明，深层搅拌法处理吹填土地基技术经济，效果良好，有推广前景。文中总结了用该法加固吹填土地基在勘察、设计及施工中的一些问题，供同行参考。
关键词：深层搅拌法；加固；复合地基
中图分类号： U415 文献标识码： A 文章编号：
前言
營口港务局鲅鱼圈港是一座新兴的多功能港口，虽然建港的时间短，但是发展的速度很快，尤其是被列为“八·五”和“九·五”期间国家的重点建设项目以后，整个港口的建设和发展更是突飞猛进。
随着社会经济的不断繁荣和港口建设规模的不断发展和扩大，陆域已不能满足使用要求，同时为节省耕地，便采用开山填海造陆和挖取海土吹填造陆等方法来扩大陆域面积，以便满足使用要求。
由于上述原因，在港区内普遍存在着面积广泛的回填土层和吹填土层，特别是吹填土层，由于吹填时其四周建有围堰，所以该吹填土层厚度较大，一般厚度可达7.0-10.0米左右。由于吹填土层由吹填形成，地层主要以中粗砂层，淤泥质粉质粘土层和粉质粘土层组成，尤其是其中的淤泥质土层分布不均匀，厚度变化较大，并且吹填层形成的时间短，固结程度差，属欠固结土，承载力较低，工程地质条件差，在其上进行建筑时极易产生不均匀沉降，一般均需作地基加固处理。
地基加固处理方法的选择
由于吹填土层的工程地质条件差，不能满足建筑需要，在其上进行建筑时，一般均需进行地基加固处理。目前，主要采取以下几种方法对其进行加固处理。
堆载预压法
堆载预压法是在建筑物建造前，对建筑物地基进行加荷预压，使土体的固结沉降基本完成，从而提高地基土强度的一种地基加固方法。这种方法不仅能减少建筑地基的沉降，消除竣工后建筑物的不均匀沉降，还可以提高地基的强度和稳定性。
强夯法
强夯法是使用升吊设备，将具有较大质量和一定结构规格的夯锤下提升到较大高度后，使其自由下落，依靠夯锤下落时产生的冲击能，使地基产生强烈的震动和很高的地应力，从而在一定范围内使土体的强度提高，压缩性降低，改善砂土抵抗振动液化的能力，消除土体的湿陷性和提高土体的均匀程度，是一种快速加固软土地基的方法。
深层搅拌法
深层搅拌法就是利用深层搅拌加固机械，在软弱地基内边钻进边往土体中喷射浆液或雾状粉体，同时借助于搅拌轴的旋转搅拌，使喷入土体中的浆液或粉体与软土充分拌和，形成抗压强度比天然土高得多的柱状体。由许多根这样的柱状体与抗固土共同作用就构成复合地基。
灌注桩
灌注桩就是利用人工或机械，在土层中成孔，然后向孔中灌注钢筋混凝土，形成柱体，用以支承建筑物的荷载。
经过几年的工程实践表明，对吹填土层进行加固时，采用深层搅拌法是一种合适的行之有效加固方法。这是因为采用深层搅拌法进行加固时，造价较低，工期短，加固效果好，同时其加固的范围和加固后的复合地基承载力容易控制，可以根据建筑物的不同荷载要求，通过调整水泥掺入比和面积置换率等手段来调整加固后的复合地基承载力，以满足不同建设的需要。
下面着重讲述深层搅拌法的加固机理及影响加固效果的影响因素。
深层搅拌法的加固机理及影响因素
深层搅拌法的加固机理
深层搅拌法就是利用深层搅拌机械在软土地基内边钻进边喷射浆液和外加剂，并且利用搅拌轴的旋转充分拌和，使固化剂和土体之间发生一系列的物理和化学反应，改变原状土的结构，使之硬结成具有整体性和水稳性及一定强度的水泥土，从而使土体的强度增加，达到加固目的。
影响深层搅拌加固效果的因素
影响加固效果的主要因素是加固后的水泥土的抗压强度，而加固后的水泥土的抗压强度主要受下列各因素的影响：
水泥掺入比（aw）
水泥土的抗压强度随水泥掺入比的增加呈增大的趋势。当水泥掺入比aw＜5%时，水泥与土体的反应过弱，固化程度低，在实际工程中，aw的采用一般为7% ＜aw ＜20%。
b水泥土的龄期水泥土的强度随龄期的增加呈增大趋势，一般水泥土当龄期超过28天时，强度仍有明显增大，当龄期超过3个月时，增长缓慢。
c、水泥土中的有机质可使土体具有较大的水容量和膨胀性，并使土的酸性增加，使水泥的反应受到抑制。因此，有机质含量少的水泥土比有机质含量高的水泥土的强度要高很多。
d、水泥土的无侧限抗压强度随土的含水量的降低而增大。
含水量 天然土 47 62 86 106 125 137
水泥土① 41 59 76 91 100 126
无侧限抗压强度fcu（kpa）② 2320 2120 1340 730 470 260
注：①水泥掺入比为10%；②龄期为28d。
含水量与水泥土强度关系
e、外加剂对水泥土的强度有着不同的影响，如木质磺酸钙主要起减水作用，石膏和三乙醇胺对水泥土有一定的增强作用。掺入粉煤灰的水泥土，其强度也有一定的增长。
深层搅拌法的设计
单桩竖向承载力的计算
深层搅拌桩的单桩竖向承载力可通过下式进行计算，取其中的较小值。
Nd1=K·qu·Ap
Nd2=qs·VP·L+α·Ap·fk
其中：Nd：搅拌桩单桩竖向承载力设计值。 （kN）
qu：与桩身加固土配比相同的室内加固土试块的无侧限抗压强度。 （kpa）
K：强度折减系数，一般可取0.3-0.4
Ap：搅拌桩的截面积（m2）
qs：桩周土的平均摩阻力标准值，一般淤泥可取5~8；淤泥质土可取8~12；对于粘性土，软塑状态可取12~18；可塑状态可取18~24。(kpa)
Vp：搅拌桩抗周周长 (m)
L：搅拌桩长度(m)
fk:桩端地基土承载力标准值。 (kpa)
α：桩端土支承力折减系数，一般可取0.5。
复合地基承载力的计算
加固后，复合地基承载力可按下式进行计算：
fsp = +β(1-m)·fs
其中：fsp:复合地基承载力(kpa)
m：搅拌桩的面积置换率 (%)
fs：桩间土地基承载力标准值 (kpa)
β：强度折减系数
面积置换率的计算
进行加固设计时，可根据地基承载力要求按下式计算面积置换率：
m=(fsp-β·fs)/(Nd/Ap-β·fs)
式中各符号的意义同前
搅拌桩数的计算
搅拌桩在进行桩位布置时，可根据上部结构的特点，采用柱状、壁状、格栅装或块状等形式进行布桩。桩数可按下式进行计算。
n=
其中：n：布桩总数（根）
m：面积置换率（%）
A：上部结构物基础底面积（m2）
Ap:搅拌抗截面积（m2）
四、工程应用实例
工程概况
营口港辽闽石化产品储运有限公司拟建保温库一座，该建筑厂地座落于吹填区内，由于场地的地基土承载力不能满足设计要求，需进行加固处理，经研究决定采用深层搅拌法进行加固处理。
该建筑拟采用独立桩基础，基础底面积为3.8×4.0m2，要求加固后的地基承载力不小于160kpa。
场地的工程地质条件
场地的地基土主要由四层土组成，依上至下分别为：
层吹填砂层：黄褐色—灰白色，含少量砾石，稍湿，呈松散状态，层厚0.3-4.5米。该层承载力标准值fk=110kpa。
層吹填淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，底部混砂，呈软塑~流塑状态，属高压缩性土，层厚0.2-2.1米。该层承载力标准值fk=60kpa。
层粗砂：灰黑色~黄褐色，饱和，中密状态，级配较好，层厚0.6-1.5米。该层承载力标准值fk=200kpa
层粉质粘土：黄褐色，夹砂砾及铁锰质结核，可塑状态，中压缩性，该层最大揭露厚度1.9 米。该层承载力标准值fk=200kpa
加固设计
a水泥掺入比的选择
为了选择合适的施工参数，分别钻取①层吹填砂、②层吹填淤泥质粉质粘土和④层粉质粘土，分别按水泥掺入比12%和15%进行室内配比试验，其中水灰比为0.5，掺入2%的石膏为外加剂，其试验结果如下表：
最后经计算比较，决定采用水泥掺入比为aw=15%，淤泥质土水泥试块的90天龄期抗压强度qu取2000kpa。
b面积置换率的计算
按公式Nd1=K·qu·Ap和Nd2=qs·Up·L+α·Ap·fk
计算得出：Nd1=137.2KNNd2=137.35KN取其中的较小值Nd=135kN
由于需求加固后的复合地基承载力不小于160kpa（按160kpa设计）所以按公式
m=(fsp-β·fs)/(-β·fs)
计算可得m=19.7%
C、每个独立柱下桩数的计算
由于面积置换率m=19.7%,则每个独立柱下桩数可根据下式进行计算：
n==15.5根，施工时取整数n=16根
深层搅拌施工
施工采用DJB-14D型单轴深层搅拌机及配套设备，施工桩长8.0米，有效桩长7.5米。固化剂采用425#普通硅酸盐水泥，掺入比aw取15%，水灰比为0.5-0.6。外加剂采用石膏，重量为水泥重的2%。
施工质量检验
施工完毕后一个月，采用动测法对施工桩进行检测，并对单桩承载力进行估算，其测试结果如下：
若按检测的单桩承载力的平均值来进行复合地基承载力进行计算，则根据公式：
fsp= +β(1-m)·fs
则fsp =183kpa＞160kpa，满足设计要求。
结束语：
本工程施工工艺合理，设备选型恰当，施工参数使用准确，处理方法得当，加固效果好，工程质量受到工程设计和建设单位及当地质检部门的一致好评。
关键词：深层搅拌法；加固；复合地基
中图分类号： U415 文献标识码： A 文章编号：
前言
營口港务局鲅鱼圈港是一座新兴的多功能港口，虽然建港的时间短，但是发展的速度很快，尤其是被列为“八·五”和“九·五”期间国家的重点建设项目以后，整个港口的建设和发展更是突飞猛进。
随着社会经济的不断繁荣和港口建设规模的不断发展和扩大，陆域已不能满足使用要求，同时为节省耕地，便采用开山填海造陆和挖取海土吹填造陆等方法来扩大陆域面积，以便满足使用要求。
由于上述原因，在港区内普遍存在着面积广泛的回填土层和吹填土层，特别是吹填土层，由于吹填时其四周建有围堰，所以该吹填土层厚度较大，一般厚度可达7.0-10.0米左右。由于吹填土层由吹填形成，地层主要以中粗砂层，淤泥质粉质粘土层和粉质粘土层组成，尤其是其中的淤泥质土层分布不均匀，厚度变化较大，并且吹填层形成的时间短，固结程度差，属欠固结土，承载力较低，工程地质条件差，在其上进行建筑时极易产生不均匀沉降，一般均需作地基加固处理。
地基加固处理方法的选择
由于吹填土层的工程地质条件差，不能满足建筑需要，在其上进行建筑时，一般均需进行地基加固处理。目前，主要采取以下几种方法对其进行加固处理。
堆载预压法
堆载预压法是在建筑物建造前，对建筑物地基进行加荷预压，使土体的固结沉降基本完成，从而提高地基土强度的一种地基加固方法。这种方法不仅能减少建筑地基的沉降，消除竣工后建筑物的不均匀沉降，还可以提高地基的强度和稳定性。
强夯法
强夯法是使用升吊设备，将具有较大质量和一定结构规格的夯锤下提升到较大高度后，使其自由下落，依靠夯锤下落时产生的冲击能，使地基产生强烈的震动和很高的地应力，从而在一定范围内使土体的强度提高，压缩性降低，改善砂土抵抗振动液化的能力，消除土体的湿陷性和提高土体的均匀程度，是一种快速加固软土地基的方法。
深层搅拌法
深层搅拌法就是利用深层搅拌加固机械，在软弱地基内边钻进边往土体中喷射浆液或雾状粉体，同时借助于搅拌轴的旋转搅拌，使喷入土体中的浆液或粉体与软土充分拌和，形成抗压强度比天然土高得多的柱状体。由许多根这样的柱状体与抗固土共同作用就构成复合地基。
灌注桩
灌注桩就是利用人工或机械，在土层中成孔，然后向孔中灌注钢筋混凝土，形成柱体，用以支承建筑物的荷载。
经过几年的工程实践表明，对吹填土层进行加固时，采用深层搅拌法是一种合适的行之有效加固方法。这是因为采用深层搅拌法进行加固时，造价较低，工期短，加固效果好，同时其加固的范围和加固后的复合地基承载力容易控制，可以根据建筑物的不同荷载要求，通过调整水泥掺入比和面积置换率等手段来调整加固后的复合地基承载力，以满足不同建设的需要。
下面着重讲述深层搅拌法的加固机理及影响加固效果的影响因素。
深层搅拌法的加固机理及影响因素
深层搅拌法的加固机理
深层搅拌法就是利用深层搅拌机械在软土地基内边钻进边喷射浆液和外加剂，并且利用搅拌轴的旋转充分拌和，使固化剂和土体之间发生一系列的物理和化学反应，改变原状土的结构，使之硬结成具有整体性和水稳性及一定强度的水泥土，从而使土体的强度增加，达到加固目的。
影响深层搅拌加固效果的因素
影响加固效果的主要因素是加固后的水泥土的抗压强度，而加固后的水泥土的抗压强度主要受下列各因素的影响：
水泥掺入比（aw）
水泥土的抗压强度随水泥掺入比的增加呈增大的趋势。当水泥掺入比aw＜5%时，水泥与土体的反应过弱，固化程度低，在实际工程中，aw的采用一般为7% ＜aw ＜20%。
b水泥土的龄期水泥土的强度随龄期的增加呈增大趋势，一般水泥土当龄期超过28天时，强度仍有明显增大，当龄期超过3个月时，增长缓慢。
c、水泥土中的有机质可使土体具有较大的水容量和膨胀性，并使土的酸性增加，使水泥的反应受到抑制。因此，有机质含量少的水泥土比有机质含量高的水泥土的强度要高很多。
d、水泥土的无侧限抗压强度随土的含水量的降低而增大。
含水量 天然土 47 62 86 106 125 137
水泥土① 41 59 76 91 100 126
无侧限抗压强度fcu（kpa）② 2320 2120 1340 730 470 260
注：①水泥掺入比为10%；②龄期为28d。
含水量与水泥土强度关系
e、外加剂对水泥土的强度有着不同的影响，如木质磺酸钙主要起减水作用，石膏和三乙醇胺对水泥土有一定的增强作用。掺入粉煤灰的水泥土，其强度也有一定的增长。
深层搅拌法的设计
单桩竖向承载力的计算
深层搅拌桩的单桩竖向承载力可通过下式进行计算，取其中的较小值。
Nd1=K·qu·Ap
Nd2=qs·VP·L+α·Ap·fk
其中：Nd：搅拌桩单桩竖向承载力设计值。 （kN）
qu：与桩身加固土配比相同的室内加固土试块的无侧限抗压强度。 （kpa）
K：强度折减系数，一般可取0.3-0.4
Ap：搅拌桩的截面积（m2）
qs：桩周土的平均摩阻力标准值，一般淤泥可取5~8；淤泥质土可取8~12；对于粘性土，软塑状态可取12~18；可塑状态可取18~24。(kpa)
Vp：搅拌桩抗周周长 (m)
L：搅拌桩长度(m)
fk:桩端地基土承载力标准值。 (kpa)
α：桩端土支承力折减系数，一般可取0.5。
复合地基承载力的计算
加固后，复合地基承载力可按下式进行计算：
fsp = +β(1-m)·fs
其中：fsp:复合地基承载力(kpa)
m：搅拌桩的面积置换率 (%)
fs：桩间土地基承载力标准值 (kpa)
β：强度折减系数
面积置换率的计算
进行加固设计时，可根据地基承载力要求按下式计算面积置换率：
m=(fsp-β·fs)/(Nd/Ap-β·fs)
式中各符号的意义同前
搅拌桩数的计算
搅拌桩在进行桩位布置时，可根据上部结构的特点，采用柱状、壁状、格栅装或块状等形式进行布桩。桩数可按下式进行计算。
n=
其中：n：布桩总数（根）
m：面积置换率（%）
A：上部结构物基础底面积（m2）
Ap:搅拌抗截面积（m2）
四、工程应用实例
工程概况
营口港辽闽石化产品储运有限公司拟建保温库一座，该建筑厂地座落于吹填区内，由于场地的地基土承载力不能满足设计要求，需进行加固处理，经研究决定采用深层搅拌法进行加固处理。
该建筑拟采用独立桩基础，基础底面积为3.8×4.0m2，要求加固后的地基承载力不小于160kpa。
场地的工程地质条件
场地的地基土主要由四层土组成，依上至下分别为：
层吹填砂层：黄褐色—灰白色，含少量砾石，稍湿，呈松散状态，层厚0.3-4.5米。该层承载力标准值fk=110kpa。
層吹填淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，底部混砂，呈软塑~流塑状态，属高压缩性土，层厚0.2-2.1米。该层承载力标准值fk=60kpa。
层粗砂：灰黑色~黄褐色，饱和，中密状态，级配较好，层厚0.6-1.5米。该层承载力标准值fk=200kpa
层粉质粘土：黄褐色，夹砂砾及铁锰质结核，可塑状态，中压缩性，该层最大揭露厚度1.9 米。该层承载力标准值fk=200kpa
加固设计
a水泥掺入比的选择
为了选择合适的施工参数，分别钻取①层吹填砂、②层吹填淤泥质粉质粘土和④层粉质粘土，分别按水泥掺入比12%和15%进行室内配比试验，其中水灰比为0.5，掺入2%的石膏为外加剂，其试验结果如下表：
最后经计算比较，决定采用水泥掺入比为aw=15%，淤泥质土水泥试块的90天龄期抗压强度qu取2000kpa。
b面积置换率的计算
按公式Nd1=K·qu·Ap和Nd2=qs·Up·L+α·Ap·fk
计算得出：Nd1=137.2KNNd2=137.35KN取其中的较小值Nd=135kN
由于需求加固后的复合地基承载力不小于160kpa（按160kpa设计）所以按公式
m=(fsp-β·fs)/(-β·fs)
计算可得m=19.7%
C、每个独立柱下桩数的计算
由于面积置换率m=19.7%,则每个独立柱下桩数可根据下式进行计算：
n==15.5根，施工时取整数n=16根
深层搅拌施工
施工采用DJB-14D型单轴深层搅拌机及配套设备，施工桩长8.0米，有效桩长7.5米。固化剂采用425#普通硅酸盐水泥，掺入比aw取15%，水灰比为0.5-0.6。外加剂采用石膏，重量为水泥重的2%。
施工质量检验
施工完毕后一个月，采用动测法对施工桩进行检测，并对单桩承载力进行估算，其测试结果如下：
若按检测的单桩承载力的平均值来进行复合地基承载力进行计算，则根据公式：
fsp= +β(1-m)·fs
则fsp =183kpa＞160kpa，满足设计要求。
结束语：
本工程施工工艺合理，设备选型恰当，施工参数使用准确，处理方法得当，加固效果好，工程质量受到工程设计和建设单位及当地质检部门的一致好评。