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【摘要】论文以辽阳市某公共卫生服务中心办公楼基础设计为例，结合地区经验，探讨分析了水泥土搅拌桩复合地基设计过程中的关键性技术问题，对水泥土搅拌桩复合地基设计中关于施工工艺、桩尺寸，单桩及复合地基承载力计算、褥垫层设置等相关技术措施和参数的确定进行了详细阐述，对相关类似工程具有一定的参考和借鉴意义。
【关键词】地基处理；复合地基；水泥土搅拌桩
利用深层搅拌法加固软土可以最大限度地利用了场地原土，其施工设备简单，且施工时无噪音、无污染，对周围环境影响小[1]。由于这些优点，水泥土搅拌法广泛用于在当今的建筑地基处理工程中，例如南京某住宅区软土地基采用此法进行地基处理，比灌注桩方案节省100多万元，效益明显[2]。然而，水泥土搅拌桩这种半刚半柔性地基，其成桩过程复杂、影响因素众多，在其承载机理方面仍有一些问题尚未得到解决[3] [4] [5]。因此，复合地基承载力及单桩承载力尚应通过静载荷试验确定。本文以辽阳市某办公楼的基础设计为例，对水泥土搅拌桩复合地基的设计方法和计算参数选取进行了较深入的探讨和分析。
一、工程概况及场地条件
该工程总建筑面积为4815.36平方米，地上七层，钢筋混凝土框架结构，辽阳地区抗震设防烈度7（0.1g）度，设计地震为第一组，标准冻结深度为1.1m，基本风压0.55kN/m2。笔者根据岩土勘察报告，综合考虑结构荷载、各土层地基承载力以及工程造价情况及辽阳地区经验，最终确定基础形式采用钢筋混凝土扩展基础，并采用深层搅拌法对地基进行加固处理。
二、水泥土搅拌桩复合地基设计关键性技术探讨和分析
1.施工工艺选择
水泥土搅拌桩的施工工艺分为浆液搅拌法（湿法）和粉体搅拌（干法）两种。施工工艺、水泥及其掺入量的选择，除了考虑工程施工实际情况以外，还应注意地基土化学组成、含水量等问题。如果天然地基的含水量较小，不能保证水泥水化，所以一般情况下，当地基土含水量小于30%时，不宜采用粉体搅拌法。此外，施工过程中水泥搅拌桩中不可避免会存在原状土块和水泥团块，这与强制搅拌的程度有关[6]。本工程天然地基含水量小于30%，各土层PH值都大于4，且塑性指数均小于25，同时综合施工实际条件，选择浆液搅拌法施工。
2.桩身设计
（1）水泥强度等级及掺入量确定
水泥强度等级直接影响水泥土强度等级，采用水泥作为固化剂时材料，其他条件相同时，在同一土层中水泥掺入比不同，水泥土强度不同，规范[1]要求一般水泥土增强体的水泥掺入量不小于12%。文献[7]更近一步指出，搅拌桩水泥宜选用P42.5及以上等级的普通硅酸盐水泥，对承受竖向或水平荷载的水泥土结构，其水泥掺量宜取加固湿土质量的15%～20%。本工程水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥，每米桩长掺入量为50Kg。
（2）桩尺寸确定
在复合地基中，桩径、桩长是影响地基承载力性能和沉降变形的非常重要的参数，与上部结构荷载、地质条件、各土层物理力学性质等诸多因素有关，竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定[7]，并应穿透软弱土层到达地基承载力较高的土层，且尚应考虑拟加固土层中施工机具所能保证的加固深度。本工程桩径取500mm，桩体作用在粘土4-3层顶部，桩长为7.5m。
3.承载力计算
（1）增强体单桩竖向承载力特征值计算
Ra=upqsi lpi+αp qp Ap
参数含义及取值说明：
up：桩的周长（m），本工程桩径500mm， 取值1.57m；
qsi：桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa），取值见表-1；
lpi：桩长范围内第i层土的厚度（m），取值见表-1；
αp：桩端天然土承载力折减系数，可取0.4～0.6，本工程结合地区经验，按规范取值0.4；
qp：桩端阻力特征值（kPa），对于水泥土搅拌桩，取未经修正的桩端土地基承载力特征值，本工程取值180kPa；
Ap：桩截面面积（m2），桩径500mm，取值0.20 m2。
代入数据：
Ra=upqsi lpi+αp qp Ap
=1.57×（15×6+12×1.5）+0.5×180
×0.20=184KN
（2）复合地基承载力特征值计算
fspk=λm+β（1-m）fsk
参数含义及取值说明：
λ：单桩承载力发挥系数，一般取值为1.0；
m：面积置换率，m=d2/de2，d为桩身平均直径（m），de为一根桩等效圆直径（m）；
Ra ：单桩竖向承载力特征值（kPa）；
β：桩间土承载力发挥系数，本工程设计时，根据规范取值0.8；
Ra ：单桩竖向承载力特征值（kN）；
fsk：处理后桩间土承载力特征值（kPa），可取天然地基承载力特征值，本工程取值140 kPa。
代入数据：
fspk=λm+β（1-m）fsk
200=1.0×m×+0.8×（1-m）×140
反解出m=0.11，实际取值m=0.12
4.水泥土搅拌桩布置
以DJj01号基础为例，根据面积置换率m=0.12，估算所需搅拌桩面积：3.4m×3.4m×0.12=1.387m2，所需桩个数为：1.387÷0.2=6.9（根），布桩时考虑桩间距取8根。
5.褥垫层设置
设置褥垫层将有利于发挥桩间土的作用。文献[8]指出，选择垫层的厚度时，除了要综合承载力和沉降两方面因素外，还要考虑实际的地质条件。褥垫层宽度确定应考虑到上部荷载必须全部通过褥垫层传给下部土层，否则垫层材料就会被侧向挤出，导致褥垫层失效[10]。根据应力扩散的原则，褥垫层设置宽度取值为：
B' -B+2HtanΦ+C
式中，B' 为褥垫层设置宽度；B为基础宽度；H为褥垫层厚度；Φ为应力扩散角，可取褥垫层材料的内摩擦角；C为考虑施工因素影响的附加宽度，本工程综合考虑相关标准规范及地区经验，并结合文献[8]的研究成果，褥垫层厚度取200mm。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]陈希哲.土力学地基基础（第四版）[M].北京：清华大学出版社，2011.1.
[3]黄永明.载体桩复合地基在黄山某高层建筑中的应用[J].中国房地产业.2015.9
【关键词】地基处理；复合地基；水泥土搅拌桩
利用深层搅拌法加固软土可以最大限度地利用了场地原土，其施工设备简单，且施工时无噪音、无污染，对周围环境影响小[1]。由于这些优点，水泥土搅拌法广泛用于在当今的建筑地基处理工程中，例如南京某住宅区软土地基采用此法进行地基处理，比灌注桩方案节省100多万元，效益明显[2]。然而，水泥土搅拌桩这种半刚半柔性地基，其成桩过程复杂、影响因素众多，在其承载机理方面仍有一些问题尚未得到解决[3] [4] [5]。因此，复合地基承载力及单桩承载力尚应通过静载荷试验确定。本文以辽阳市某办公楼的基础设计为例，对水泥土搅拌桩复合地基的设计方法和计算参数选取进行了较深入的探讨和分析。
一、工程概况及场地条件
该工程总建筑面积为4815.36平方米，地上七层，钢筋混凝土框架结构，辽阳地区抗震设防烈度7（0.1g）度，设计地震为第一组，标准冻结深度为1.1m，基本风压0.55kN/m2。笔者根据岩土勘察报告，综合考虑结构荷载、各土层地基承载力以及工程造价情况及辽阳地区经验，最终确定基础形式采用钢筋混凝土扩展基础，并采用深层搅拌法对地基进行加固处理。
二、水泥土搅拌桩复合地基设计关键性技术探讨和分析
1.施工工艺选择
水泥土搅拌桩的施工工艺分为浆液搅拌法（湿法）和粉体搅拌（干法）两种。施工工艺、水泥及其掺入量的选择，除了考虑工程施工实际情况以外，还应注意地基土化学组成、含水量等问题。如果天然地基的含水量较小，不能保证水泥水化，所以一般情况下，当地基土含水量小于30%时，不宜采用粉体搅拌法。此外，施工过程中水泥搅拌桩中不可避免会存在原状土块和水泥团块，这与强制搅拌的程度有关[6]。本工程天然地基含水量小于30%，各土层PH值都大于4，且塑性指数均小于25，同时综合施工实际条件，选择浆液搅拌法施工。
2.桩身设计
（1）水泥强度等级及掺入量确定
水泥强度等级直接影响水泥土强度等级，采用水泥作为固化剂时材料，其他条件相同时，在同一土层中水泥掺入比不同，水泥土强度不同，规范[1]要求一般水泥土增强体的水泥掺入量不小于12%。文献[7]更近一步指出，搅拌桩水泥宜选用P42.5及以上等级的普通硅酸盐水泥，对承受竖向或水平荷载的水泥土结构，其水泥掺量宜取加固湿土质量的15%～20%。本工程水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥，每米桩长掺入量为50Kg。
（2）桩尺寸确定
在复合地基中，桩径、桩长是影响地基承载力性能和沉降变形的非常重要的参数，与上部结构荷载、地质条件、各土层物理力学性质等诸多因素有关，竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定[7]，并应穿透软弱土层到达地基承载力较高的土层，且尚应考虑拟加固土层中施工机具所能保证的加固深度。本工程桩径取500mm，桩体作用在粘土4-3层顶部，桩长为7.5m。
3.承载力计算
（1）增强体单桩竖向承载力特征值计算
Ra=upqsi lpi+αp qp Ap
参数含义及取值说明：
up：桩的周长（m），本工程桩径500mm， 取值1.57m；
qsi：桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa），取值见表-1；
lpi：桩长范围内第i层土的厚度（m），取值见表-1；
αp：桩端天然土承载力折减系数，可取0.4～0.6，本工程结合地区经验，按规范取值0.4；
qp：桩端阻力特征值（kPa），对于水泥土搅拌桩，取未经修正的桩端土地基承载力特征值，本工程取值180kPa；
Ap：桩截面面积（m2），桩径500mm，取值0.20 m2。
代入数据：
Ra=upqsi lpi+αp qp Ap
=1.57×（15×6+12×1.5）+0.5×180
×0.20=184KN
（2）复合地基承载力特征值计算
fspk=λm+β（1-m）fsk
参数含义及取值说明：
λ：单桩承载力发挥系数，一般取值为1.0；
m：面积置换率，m=d2/de2，d为桩身平均直径（m），de为一根桩等效圆直径（m）；
Ra ：单桩竖向承载力特征值（kPa）；
β：桩间土承载力发挥系数，本工程设计时，根据规范取值0.8；
Ra ：单桩竖向承载力特征值（kN）；
fsk：处理后桩间土承载力特征值（kPa），可取天然地基承载力特征值，本工程取值140 kPa。
代入数据：
fspk=λm+β（1-m）fsk
200=1.0×m×+0.8×（1-m）×140
反解出m=0.11，实际取值m=0.12
4.水泥土搅拌桩布置
以DJj01号基础为例，根据面积置换率m=0.12，估算所需搅拌桩面积：3.4m×3.4m×0.12=1.387m2，所需桩个数为：1.387÷0.2=6.9（根），布桩时考虑桩间距取8根。
5.褥垫层设置
设置褥垫层将有利于发挥桩间土的作用。文献[8]指出，选择垫层的厚度时，除了要综合承载力和沉降两方面因素外，还要考虑实际的地质条件。褥垫层宽度确定应考虑到上部荷载必须全部通过褥垫层传给下部土层，否则垫层材料就会被侧向挤出，导致褥垫层失效[10]。根据应力扩散的原则，褥垫层设置宽度取值为：
B' -B+2HtanΦ+C
式中，B' 为褥垫层设置宽度；B为基础宽度；H为褥垫层厚度；Φ为应力扩散角，可取褥垫层材料的内摩擦角；C为考虑施工因素影响的附加宽度，本工程综合考虑相关标准规范及地区经验，并结合文献[8]的研究成果，褥垫层厚度取200mm。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]陈希哲.土力学地基基础（第四版）[M].北京：清华大学出版社，2011.1.
[3]黄永明.载体桩复合地基在黄山某高层建筑中的应用[J].中国房地产业.2015.9