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摘要： 近几十年来，在我国沿海经济发达的长三角地区，市政基础设施大规模建设。但是长三角地区地质情况复杂多变，软土分布广泛，给道路工程的建设带来较大的影响和隐患，如何有针对性的对地基进行处理并使之满足工程建设需要成为道路工程领域的关键课题之一。本文结合本人的工程实践，谈谈软土地基处理中的水泥土搅拌桩复合地基技术。
关键词：水泥土搅拌桩；地基处理；复合地基；工后沉降；承载力；
1 水泥土搅拌桩处理方法简介
水泥土搅拌法就是复合地基处理方法中较常用的一种，它是通过专用搅拌设备，将固化剂（水泥或石灰）与地基土就地强制搅拌，在一定的时间后，通过水泥水化物与地基土间一系列的物理化学作用，从而形成具有整体性、渗透性较低的、有一定强度的水泥土固结体。桩间土体与水泥土桩形成复合地基，一起承担上部荷载的作用。
2 工程案例
工程名称：海盐县核电大道(百尺南路~秦山大道)工程
——软基处理方法：水泥土搅拌桩法
(1)、工程概况
核电大道(百尺南路~秦山大道)位于浙江省海盐县城南部规划的核电城内，道路等级为城市主干道I级，双向四车道，设计行车速度60km/h。路幅宽40米，具体断面形式为: 3.5米（2米人行道+1.5米绿化带）+4.5米（非机动车道）+2米（机非隔离带）+8米（车行道）+4米（中央隔离带）+8米（车行道）+2米(机非隔离带)+4.5米（非机动车道）+3.5米（1.5米绿化带+2米人行道）=40米。
该段核电大道西起百尺南路，东至秦山大道。核电大道现状为开阔场地，沿线主要为农田、菜地。道路沿线场地现状标高主要在2.0~4.0米之间。道路在桩号6+090处跨越一条现状河道，河宽约12米，设置一座13米跨径的简支梁桥。
根据地质勘察报告，场地地质大概分为以下几层：素填土，粉质粘土，淤泥质粘土，淤泥质粉质粘土， 粉土夹粉砂和粉质粘土等，其中淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土为软弱下卧层，它的性质为强度低，高压缩性，性质差。软弱下卧层层厚为14米~16米。
跨现状河道的桥两端有约2.5米高左右的填土，如不对桥头进行地基的深层处理，预计附加荷载引起的桥头工后沉降将不能满足规范要求。
桥台后道路两侧设置了约3.5m高的挡墙,基底的地基承载力也不能满足上部构筑物的要求，因此需进行处理。
表1—各地基土层物理、力学参数表
(2)、承载力计算
桥头路堤总填高2.5m（含路面结构0.58m），回填材料容重取20 kN/m3,路面结构材料容重取20 kN/m3，汽车荷载按1m的等代土柱计算，则路堤荷载为0.58*20+(2.5-0.58)*20+1*20=70kPa。
挡墙采用浆砌块石材料，容重取24k kN/m3，人群荷载取5KPa，则挡墙位置处上部结构荷载为3.5*24+5=84Kpa。
根据以往经验，初步拟定水泥土搅拌桩设计参数如下：
a)、采用湿法，水泥搅拌桩采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量为15%~20%，桩身90天无侧限抗压强度值≥1500KPa；
b)、搅拌桩平面布置为梅花形，桩径60cm。软土层较深，约18.5m，根据地区经验，搅拌桩桩长超过15m时成桩效果不好，因此桩长暂时按照15m控制。
加固后复合地基承载力特征值（）根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)，按下式计算：
式中──面积置换率；
──桩的截面积(m2)；
──桩间天然地基土承载力特征值(kPa)；
──桩间土承载力折减系数
──单桩竖向承载力特征值(kN)。
其中，m=0.227，=0.2826m2，=60Kpa, =0.5。
单桩竖向承载力应按以下两式中的较小值取用：
（1）
（2）
式中——与桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体)的无侧限抗压强度平均值(kPa)（90d龄期）；
——强度折减系数，湿法可取0.25～0.33；
——桩的周长(m)；
——桩长内的土层数；
——桩周第i层土的侧摩阻力(kPa)；
——桩在第i层土的长度 (m)；
——桩端天然土的承载力特征值(kPa、未经修正)；
——桩端天然地基承载力折减系数（可取0.4~0.6）。
由公式(1)得，Ra=3.14*0.6*(2.5*11+3.5*6+8.5*7)+0.5*70*0.2826=214KN；
由公式(2)得，Ra=0.3*1500*0.2826=128KPa；两者取小值得Ra=128KN。
则：
=0.227*128/0.2826+0.4*(1-0.227)*60=122KPa≥84KPa
则水泥土搅拌桩方案满足上部荷载对地基承载力的要求。
(3)、沉降计算
桥头路堤总填高2.5m（含路面结构0.58m），回填材料容重取20 kN/m3，路面结构材料容重取20 kN/m3，,则路堤荷载为50kPa，沉降计算不考虑其他荷载，则计算附加荷载取为50kPa。
地基为处理时，原地基沉降按分层总和法进行计算。
S=s p(zii –zi-1i-1)
s——沉降计算经验系数
P——基底附加应力
Esi——各土层的压缩模量
i，i-1——平均竖向附加应力系数
表2——未处理时沉降计算表
表中路基宽度B=40米，s=3.63Mpa,查《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2004)中表得s= 1.325。在荷载p=50 kPa作用下，总沉降为：
S`=p(zii –zi-1i-1)=509.559mm=47.9cm
S=s S`=1.32547.9=63.5cm.
根据e-p曲线实验数据和地区实践经验，路面竣工时地基沉降占总沉降的30%，约为19cm，路面竣工15年后地基的固结度约为55%，则工后沉降约为16cm，不满足桥头路段容许工后沉降不大于10cm的要求。
进行水泥土搅拌桩处理后，按复合模量法计算加固区的压缩变形S1，按分层总和法计算下卧层沉降S2。
加固区沉降按复合模量法计算，参考《建筑地基处理技术规范》，搅拌桩压缩模量Ep取150MPa。计算见表3，在荷载p=50 kPa作用下，加固区沉降为：
S1=p[(Zi-Zi-1)(αi-1+αi)/2]=500.406mm=2.03cm
表3——采用复合地基处理时加固区沉降计算表
一般采用分层总和法计算加固区下卧层土层压缩量。由于难以精确计算作用在下卧层土体上的荷载以及土体中附加压力，我们采用目前工程中常用的等效实体法，加固区下卧层上附加应力如图1所示。作用在下卧层上的附加应力为：
图1等效实体法附加应力示意图
上式及示意图中为复合地基上荷载密度， 为作用面长度，为宽度，为加固区的厚度，为等效实体侧摩阻力密度。
对于条形基础，上式可改写为：，道路工程中采用此公式。则下卧层顶面附加应力为：
Pb=p-2*(Σfihi)/B=50-2*(2.5*11+3.5*6+8.5*7)/40=44.6kpa
下卧层计算沉降量见表4
表4——采用复合地基处理时下卧层沉降计算表
S=3.94Mpa,查《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2004)中得s=1.304。
在荷载p=44.6 kPa作用下，总沉降为：
S`=p(zii –zi-1i-1)=44.65.337mm=23.8cm
S2=s S`=1.30423.8=31.04cm.
总沉降S=S1+S2=2.03+31.04=33.07cm
根据e-p曲线实验数据和地区实践经验，路面竣工时地基沉降占总沉降的30%，约为9cm，路面竣工15年后地基的固结度约为55%，则工后沉降约为7.8cm，满足桥头路段容许工后沉降不大于10cm的要求。
由此可见，采用水泥土搅拌桩法处理软弱地基后，软土的力学性能得到了显著改善，地基承载力得到了明显地提高，路基的工后沉降得到了有效地控制。
4结束语
本文通过水泥土搅拌桩法在桥头软基处理中的实践应用，详细介绍了水泥土攪拌桩复合地基的设计理论和设计方法，证明水泥土搅拌桩法在高等级公路的建设中，对于提高地基的承载力，减少路堤沉降及控制工后沉降方面有着显著地效果，是一种成熟的处理深层软土地基的办法。
参考文献：
[1] 《公路路基设计规范》JTG D30—2004．
[2] 《建筑地基处理技术规范 》JGJ79-2002．
[3] 《建筑地基基础设计规范》GB50007—2004．
[4]国家标准图集《城市道路—软土地基处理》 05MR301 (2005年6月1日)．
[5]《土质学与土力学(第三版)》北京：人民交通出版社 2001．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：水泥土搅拌桩；地基处理；复合地基；工后沉降；承载力；
1 水泥土搅拌桩处理方法简介
水泥土搅拌法就是复合地基处理方法中较常用的一种，它是通过专用搅拌设备，将固化剂（水泥或石灰）与地基土就地强制搅拌，在一定的时间后，通过水泥水化物与地基土间一系列的物理化学作用，从而形成具有整体性、渗透性较低的、有一定强度的水泥土固结体。桩间土体与水泥土桩形成复合地基，一起承担上部荷载的作用。
2 工程案例
工程名称：海盐县核电大道(百尺南路~秦山大道)工程
——软基处理方法：水泥土搅拌桩法
(1)、工程概况
核电大道(百尺南路~秦山大道)位于浙江省海盐县城南部规划的核电城内，道路等级为城市主干道I级，双向四车道，设计行车速度60km/h。路幅宽40米，具体断面形式为: 3.5米（2米人行道+1.5米绿化带）+4.5米（非机动车道）+2米（机非隔离带）+8米（车行道）+4米（中央隔离带）+8米（车行道）+2米(机非隔离带)+4.5米（非机动车道）+3.5米（1.5米绿化带+2米人行道）=40米。
该段核电大道西起百尺南路，东至秦山大道。核电大道现状为开阔场地，沿线主要为农田、菜地。道路沿线场地现状标高主要在2.0~4.0米之间。道路在桩号6+090处跨越一条现状河道，河宽约12米，设置一座13米跨径的简支梁桥。
根据地质勘察报告，场地地质大概分为以下几层：素填土，粉质粘土，淤泥质粘土，淤泥质粉质粘土， 粉土夹粉砂和粉质粘土等，其中淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土为软弱下卧层，它的性质为强度低，高压缩性，性质差。软弱下卧层层厚为14米~16米。
跨现状河道的桥两端有约2.5米高左右的填土，如不对桥头进行地基的深层处理，预计附加荷载引起的桥头工后沉降将不能满足规范要求。
桥台后道路两侧设置了约3.5m高的挡墙,基底的地基承载力也不能满足上部构筑物的要求，因此需进行处理。
表1—各地基土层物理、力学参数表
(2)、承载力计算
桥头路堤总填高2.5m（含路面结构0.58m），回填材料容重取20 kN/m3,路面结构材料容重取20 kN/m3，汽车荷载按1m的等代土柱计算，则路堤荷载为0.58*20+(2.5-0.58)*20+1*20=70kPa。
挡墙采用浆砌块石材料，容重取24k kN/m3，人群荷载取5KPa，则挡墙位置处上部结构荷载为3.5*24+5=84Kpa。
根据以往经验，初步拟定水泥土搅拌桩设计参数如下：
a)、采用湿法，水泥搅拌桩采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量为15%~20%，桩身90天无侧限抗压强度值≥1500KPa；
b)、搅拌桩平面布置为梅花形，桩径60cm。软土层较深，约18.5m，根据地区经验，搅拌桩桩长超过15m时成桩效果不好，因此桩长暂时按照15m控制。
加固后复合地基承载力特征值（）根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)，按下式计算：
式中──面积置换率；
──桩的截面积(m2)；
──桩间天然地基土承载力特征值(kPa)；
──桩间土承载力折减系数
──单桩竖向承载力特征值(kN)。
其中，m=0.227，=0.2826m2，=60Kpa, =0.5。
单桩竖向承载力应按以下两式中的较小值取用：
（1）
（2）
式中——与桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体)的无侧限抗压强度平均值(kPa)（90d龄期）；
——强度折减系数，湿法可取0.25～0.33；
——桩的周长(m)；
——桩长内的土层数；
——桩周第i层土的侧摩阻力(kPa)；
——桩在第i层土的长度 (m)；
——桩端天然土的承载力特征值(kPa、未经修正)；
——桩端天然地基承载力折减系数（可取0.4~0.6）。
由公式(1)得，Ra=3.14*0.6*(2.5*11+3.5*6+8.5*7)+0.5*70*0.2826=214KN；
由公式(2)得，Ra=0.3*1500*0.2826=128KPa；两者取小值得Ra=128KN。
则：
=0.227*128/0.2826+0.4*(1-0.227)*60=122KPa≥84KPa
则水泥土搅拌桩方案满足上部荷载对地基承载力的要求。
(3)、沉降计算
桥头路堤总填高2.5m（含路面结构0.58m），回填材料容重取20 kN/m3，路面结构材料容重取20 kN/m3，,则路堤荷载为50kPa，沉降计算不考虑其他荷载，则计算附加荷载取为50kPa。
地基为处理时，原地基沉降按分层总和法进行计算。
S=s p(zii –zi-1i-1)
s——沉降计算经验系数
P——基底附加应力
Esi——各土层的压缩模量
i，i-1——平均竖向附加应力系数
表2——未处理时沉降计算表
表中路基宽度B=40米，s=3.63Mpa,查《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2004)中表得s= 1.325。在荷载p=50 kPa作用下，总沉降为：
S`=p(zii –zi-1i-1)=509.559mm=47.9cm
S=s S`=1.32547.9=63.5cm.
根据e-p曲线实验数据和地区实践经验，路面竣工时地基沉降占总沉降的30%，约为19cm，路面竣工15年后地基的固结度约为55%，则工后沉降约为16cm，不满足桥头路段容许工后沉降不大于10cm的要求。
进行水泥土搅拌桩处理后，按复合模量法计算加固区的压缩变形S1，按分层总和法计算下卧层沉降S2。
加固区沉降按复合模量法计算，参考《建筑地基处理技术规范》，搅拌桩压缩模量Ep取150MPa。计算见表3，在荷载p=50 kPa作用下，加固区沉降为：
S1=p[(Zi-Zi-1)(αi-1+αi)/2]=500.406mm=2.03cm
表3——采用复合地基处理时加固区沉降计算表
一般采用分层总和法计算加固区下卧层土层压缩量。由于难以精确计算作用在下卧层土体上的荷载以及土体中附加压力，我们采用目前工程中常用的等效实体法，加固区下卧层上附加应力如图1所示。作用在下卧层上的附加应力为：
图1等效实体法附加应力示意图
上式及示意图中为复合地基上荷载密度， 为作用面长度，为宽度，为加固区的厚度，为等效实体侧摩阻力密度。
对于条形基础，上式可改写为：，道路工程中采用此公式。则下卧层顶面附加应力为：
Pb=p-2*(Σfihi)/B=50-2*(2.5*11+3.5*6+8.5*7)/40=44.6kpa
下卧层计算沉降量见表4
表4——采用复合地基处理时下卧层沉降计算表
S=3.94Mpa,查《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2004)中得s=1.304。
在荷载p=44.6 kPa作用下，总沉降为：
S`=p(zii –zi-1i-1)=44.65.337mm=23.8cm
S2=s S`=1.30423.8=31.04cm.
总沉降S=S1+S2=2.03+31.04=33.07cm
根据e-p曲线实验数据和地区实践经验，路面竣工时地基沉降占总沉降的30%，约为9cm，路面竣工15年后地基的固结度约为55%，则工后沉降约为7.8cm，满足桥头路段容许工后沉降不大于10cm的要求。
由此可见，采用水泥土搅拌桩法处理软弱地基后，软土的力学性能得到了显著改善，地基承载力得到了明显地提高，路基的工后沉降得到了有效地控制。
4结束语
本文通过水泥土搅拌桩法在桥头软基处理中的实践应用，详细介绍了水泥土攪拌桩复合地基的设计理论和设计方法，证明水泥土搅拌桩法在高等级公路的建设中，对于提高地基的承载力，减少路堤沉降及控制工后沉降方面有着显著地效果，是一种成熟的处理深层软土地基的办法。
参考文献：
[1] 《公路路基设计规范》JTG D30—2004．
[2] 《建筑地基处理技术规范 》JGJ79-2002．
[3] 《建筑地基基础设计规范》GB50007—2004．
[4]国家标准图集《城市道路—软土地基处理》 05MR301 (2005年6月1日)．
[5]《土质学与土力学(第三版)》北京：人民交通出版社 2001．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。