论文部分内容阅读
摘要：滨海地区人工吹填软土地基，应用水泥搅拌桩进行地基加固，满足工程建设要求。本文介绍了水泥搅拌桩对软土地基的加固机理和实际应用效果。
关键词：软土地基 水泥搅拌桩加固
Abstract: In coastal region, soft soil foundation is artificially reclaimed and reinforced by applying cement mixing piles, and thus the requirements of engineering construction are met. This article describes the reinforcement mechanism and the practical application effect of the cement mixing piles for the soft soil foundation.Keywords: soft soil foundation; cement mixing pile reinforcement
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：
一、概述：
滨海地区作为国家重点经济开发区，目前大量采用人工造地方法将沿海泥滩经围埝，吹填流泥，再进行真空预压软基处理方法造陆。大量的建设项目正在或将在这样的场地上兴建。新造的陆地地基承载力极低，必须经二次地基处理才能满足工程建设要求。本文以津能临港热源厂水处理车间工程为例，探讨应用水泥搅拌桩进行滨海软土地基地基二次地基处理的可行方案。
二、水泥搅拌桩的加固机理：
水泥搅拌桩是利用深层搅拌桩机在软弱的土层中，边钻进边往土层中喷射水泥浆液，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层中的水泥浆液与原土充分拌合在一起，形成抗压强度比天然土强度高得多并具有整体性，水稳定性的桩柱体。桩柱体与桩间土及桩顶上部的褥垫层形成复合地基。褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当变形，以一定比例分配给桩和桩间土，使二者共同受力，同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，以此形成一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。
构成要素的主要作用如下所述：
桩的作用：
（1）承担基础传来的竖向、水平荷载。
（2）对地基土产生一定的挤密作用。
桩间土作用：
（1）承担竖向、水平荷载。
（2）对桩进行约束，保证桩体正常工作。
褥垫层作用：
（1）保证桩土共同承担荷载
在上部荷载作用下，桩间土的抗压强度远小于桩的抗压强度，桩顶出现应力集中。当桩顶压力超过褥垫层局部抗压强度时，褥垫层与桩接触部分会产生压缩量，基础和褥垫层整体会产生沉降直至应力平衡。可见，设置褥垫层可以保证基础通过褥垫层的塑性调节作用将部分荷载传至桩间土上，从而达到桩土共同承载荷载的目的。
（2）调整桩土竖向荷载分担化
竖向荷载在桩与土之间分配比例与褥垫层厚度关系很大。在基地压力不变的情况下，增加褥垫层的厚度可以使褥垫层与桩顶接触的局部产生更大的压缩，基础和褥垫层整体向下的位移量和桩间土的压缩量便会更大，从而提高桩间土的荷载分担比例。若减小褥垫层厚度则会提高桩的竖向荷载分担比例。桩与土的荷载分担比可用桩土应力比几来表示。即n=
式中为桩顶应力（KN/M2）， 为桩间土应力（KN/M2）
（3）减少基础底面的应力集中
当不设褥垫层时，桩对基础的应力集中很显著，需考虑桩对基础的冲击破坏。当设置褥垫层且其厚度达到一定程度后，桩对基础底面产生的应力集中明显降低。
三、在工程中的应用：
实例简介：
天津津能临港热源厂项目的建设用地即为滨海泥滩经吹填流泥，真空预压软基础处理后形成的陆地。地质勘查报告揭示：项目用地埋深8米内土质结构性差，压缩性高，强度低（埋深16米内地基土承载力特征值在70-100KPA之间）含水率高，具有流变性和触变性。本场地土为软弱土，属IV类场地，在抗震设防烈度为7度时属中等液化场土，属于抗震不利地段。
本项目水处理车间为单层工业厂房。柱距6米，跨度21.6米，檐口高度9.1米，门式钢架结构。柱下采用现浇钢筋混凝土独立基础，基础尺寸为2.5m*2.5m。经上部结构计算，确定基底压力位100kpa,大于基底地基承载力特征值（70 kpa）。为消除场地液化问题，提高地基承载力拟采用水泥搅拌桩复合地基方式对水处理车间场地进行地基加固。
项目试桩方案
本工程试桩樁径为0.6米，桩长16米。因基底标高-2.00米及褥垫层厚0.5m,因此试桩实际埋深为-18.5米。桩端持力层土质为粉质粘土 。试桩采用42.5普通硅酸盐水泥，上部9米水泥掺入比为20%，下部7米水泥掺入比15%，桩顶上铺设石宵褥垫层厚500mm。
试桩布置如下图所示：
试桩检测结果
试桩完成养护龄期（90天）本项目对试桩进行了复合地基荷载试验及桩身抽芯检测试验。
（1）复合地基静荷载试验
采用1.3米*1.3米荷载板及压重平台反力装置逐级加载，最终测定复合地基承载力特征值为120 kpa，大于设计基底压力（100 kpa），满足工程要求。
（2）现场桩身抽芯试验
采用钻机取芯，试块样品送实验室进行无侧限抗压强度测定。在桩体埋深分别为3.0米—4.0米，6.0米-7.0米，12.0米-13.0米处钻取的试块抗压强度平均值分别为2.97 mpa，2.40 mpa，1.86 mpa 。
基础总沉降量计算：
S=S1+S2 (1)
S-基础总沉降量
S1-实体基沉降量
S2-桩端下未处理土层的沉降量
桩及桩间土形成了建筑物的假象实体基础，它直接作用在桩端下的土层上，该土层在施工前受土的自重压力，这种压力产生的变形早已完成，故可保持自身稳定。但施工后，除土的自重压力外，由于上部荷载作用而产生新的附加压力，这种附加附加压力引起土层新的变形，导致新的沉降。由于作用在土层中的附加压力随着深度的增加而减少，则土的压缩性随着深度增加而降低。通常只考虑基础一下一定深度范围内的压缩量对建筑物缩产生的危害，在这个深度以下土层的压缩量小到可以忽略不计，这个深度以内土层称为压缩层。故基底以下土层压缩变形的计算就是该压缩层的压缩量的计算。
本工程地质勘查报告揭示桩端持刀层以下无软弱土层，土体强度、压缩模量逐次提高，压缩性逐层降低，因此基底附加压力引起的沉降很小。取S2=S1即S=2S1进行计算
(2)
P-建筑物基底压力，本工程P=100 kpa
L-有效桩长，本工程L=16米
-实体基础压缩模量
(3)
-桩体压缩模量，规范规定水泥搅拌桩可取(100-120)quc,本工程取=100quc
quc=2.97+2.40+1.86/3=2.41 mpa
-桩间土压缩模量，由地质勘查报告得知本工程=2.95 mpa
m-桩土面积置换率：
本工程设计桩间距为1米，即a=1m
等效圆直径de=1.05a=1.05米
一根桩分担的处理面积m2
-桩体横截面积。本工程m2
MPa
本工程计算基础总沉降量为39.6mm，沉降量较小，满足项目功能要求。
工程实际效果：
本工程采用了试桩桩型进行现场工程桩施工。现场工程桩检测结果与试桩检测成果吻合。自2010年12月20钢柱吊装完成后即在桩基上设12个沉降观测点进行现场观测。至2012年5月14日共进行7次检测。在此期间各种设备物资等荷载全部齐全，车间投入使用运营。各观测点累计最大沉降量为12.8mm,累计最小沉降值为9.7mm。平均沉降值11.16mm，小于计算总沉降量（39.6）。2012年5月14日施测沉降速率为0.006mm/d,小于0.01mm/d的规范标准，建筑物沉降已趋于稳定，本工程地基处理完全成功。
四、结语
以上工程实例证明，在滨海地区采用人工造地形成的项目用地，对于一般浅基结构采用水泥搅拌桩复合地基的加固方案是可行性的。水泥搅拌桩的加固机理及工程实例证明其在软土地基加固方面实用且可靠，加固效果良好，该技术在今后的软基处理工程中必将得到广泛的应用。
参考文献：
薛殿基、冯仲林 《复合地基桩处理技术》 第20页 中国建筑工业出版社 2011.1 ISBN978-112-13050-4
薛殿基、冯仲林 《复合地基桩处理技术》 第21页 中国建筑工业出版社 2011.1 ISBN978-112-13050-4
薛殿基、冯仲林 《复合地基桩处理技术》 第19页 中国建筑工业出版社 2011.1 ISBN978-112-13050-4
作者简介：
李永祥（1962-），男，籍贯天津，工程师，学士，从事土建工程技术管理工作。
邸超（1982-），男，籍贯天津，助理工程师，学士，从事土建工程技术管理工作。
李延柱（1985-），男，籍贯天津，助理工程师，学士，从事土建工程技术管理工作。
关键词：软土地基 水泥搅拌桩加固
Abstract: In coastal region, soft soil foundation is artificially reclaimed and reinforced by applying cement mixing piles, and thus the requirements of engineering construction are met. This article describes the reinforcement mechanism and the practical application effect of the cement mixing piles for the soft soil foundation.Keywords: soft soil foundation; cement mixing pile reinforcement
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：
一、概述：
滨海地区作为国家重点经济开发区，目前大量采用人工造地方法将沿海泥滩经围埝，吹填流泥，再进行真空预压软基处理方法造陆。大量的建设项目正在或将在这样的场地上兴建。新造的陆地地基承载力极低，必须经二次地基处理才能满足工程建设要求。本文以津能临港热源厂水处理车间工程为例，探讨应用水泥搅拌桩进行滨海软土地基地基二次地基处理的可行方案。
二、水泥搅拌桩的加固机理：
水泥搅拌桩是利用深层搅拌桩机在软弱的土层中，边钻进边往土层中喷射水泥浆液，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层中的水泥浆液与原土充分拌合在一起，形成抗压强度比天然土强度高得多并具有整体性，水稳定性的桩柱体。桩柱体与桩间土及桩顶上部的褥垫层形成复合地基。褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当变形，以一定比例分配给桩和桩间土，使二者共同受力，同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，以此形成一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。
构成要素的主要作用如下所述：
桩的作用：
（1）承担基础传来的竖向、水平荷载。
（2）对地基土产生一定的挤密作用。
桩间土作用：
（1）承担竖向、水平荷载。
（2）对桩进行约束，保证桩体正常工作。
褥垫层作用：
（1）保证桩土共同承担荷载
在上部荷载作用下，桩间土的抗压强度远小于桩的抗压强度，桩顶出现应力集中。当桩顶压力超过褥垫层局部抗压强度时，褥垫层与桩接触部分会产生压缩量，基础和褥垫层整体会产生沉降直至应力平衡。可见，设置褥垫层可以保证基础通过褥垫层的塑性调节作用将部分荷载传至桩间土上，从而达到桩土共同承载荷载的目的。
（2）调整桩土竖向荷载分担化
竖向荷载在桩与土之间分配比例与褥垫层厚度关系很大。在基地压力不变的情况下，增加褥垫层的厚度可以使褥垫层与桩顶接触的局部产生更大的压缩，基础和褥垫层整体向下的位移量和桩间土的压缩量便会更大，从而提高桩间土的荷载分担比例。若减小褥垫层厚度则会提高桩的竖向荷载分担比例。桩与土的荷载分担比可用桩土应力比几来表示。即n=
式中为桩顶应力（KN/M2）， 为桩间土应力（KN/M2）
（3）减少基础底面的应力集中
当不设褥垫层时，桩对基础的应力集中很显著，需考虑桩对基础的冲击破坏。当设置褥垫层且其厚度达到一定程度后，桩对基础底面产生的应力集中明显降低。
三、在工程中的应用：
实例简介：
天津津能临港热源厂项目的建设用地即为滨海泥滩经吹填流泥，真空预压软基础处理后形成的陆地。地质勘查报告揭示：项目用地埋深8米内土质结构性差，压缩性高，强度低（埋深16米内地基土承载力特征值在70-100KPA之间）含水率高，具有流变性和触变性。本场地土为软弱土，属IV类场地，在抗震设防烈度为7度时属中等液化场土，属于抗震不利地段。
本项目水处理车间为单层工业厂房。柱距6米，跨度21.6米，檐口高度9.1米，门式钢架结构。柱下采用现浇钢筋混凝土独立基础，基础尺寸为2.5m*2.5m。经上部结构计算，确定基底压力位100kpa,大于基底地基承载力特征值（70 kpa）。为消除场地液化问题，提高地基承载力拟采用水泥搅拌桩复合地基方式对水处理车间场地进行地基加固。
项目试桩方案
本工程试桩樁径为0.6米，桩长16米。因基底标高-2.00米及褥垫层厚0.5m,因此试桩实际埋深为-18.5米。桩端持力层土质为粉质粘土 。试桩采用42.5普通硅酸盐水泥，上部9米水泥掺入比为20%，下部7米水泥掺入比15%，桩顶上铺设石宵褥垫层厚500mm。
试桩布置如下图所示：
试桩检测结果
试桩完成养护龄期（90天）本项目对试桩进行了复合地基荷载试验及桩身抽芯检测试验。
（1）复合地基静荷载试验
采用1.3米*1.3米荷载板及压重平台反力装置逐级加载，最终测定复合地基承载力特征值为120 kpa，大于设计基底压力（100 kpa），满足工程要求。
（2）现场桩身抽芯试验
采用钻机取芯，试块样品送实验室进行无侧限抗压强度测定。在桩体埋深分别为3.0米—4.0米，6.0米-7.0米，12.0米-13.0米处钻取的试块抗压强度平均值分别为2.97 mpa，2.40 mpa，1.86 mpa 。
基础总沉降量计算：
S=S1+S2 (1)
S-基础总沉降量
S1-实体基沉降量
S2-桩端下未处理土层的沉降量
桩及桩间土形成了建筑物的假象实体基础，它直接作用在桩端下的土层上，该土层在施工前受土的自重压力，这种压力产生的变形早已完成，故可保持自身稳定。但施工后，除土的自重压力外，由于上部荷载作用而产生新的附加压力，这种附加附加压力引起土层新的变形，导致新的沉降。由于作用在土层中的附加压力随着深度的增加而减少，则土的压缩性随着深度增加而降低。通常只考虑基础一下一定深度范围内的压缩量对建筑物缩产生的危害，在这个深度以下土层的压缩量小到可以忽略不计，这个深度以内土层称为压缩层。故基底以下土层压缩变形的计算就是该压缩层的压缩量的计算。
本工程地质勘查报告揭示桩端持刀层以下无软弱土层，土体强度、压缩模量逐次提高，压缩性逐层降低，因此基底附加压力引起的沉降很小。取S2=S1即S=2S1进行计算
(2)
P-建筑物基底压力，本工程P=100 kpa
L-有效桩长，本工程L=16米
-实体基础压缩模量
(3)
-桩体压缩模量，规范规定水泥搅拌桩可取(100-120)quc,本工程取=100quc
quc=2.97+2.40+1.86/3=2.41 mpa
-桩间土压缩模量，由地质勘查报告得知本工程=2.95 mpa
m-桩土面积置换率：
本工程设计桩间距为1米，即a=1m
等效圆直径de=1.05a=1.05米
一根桩分担的处理面积m2
-桩体横截面积。本工程m2
MPa
本工程计算基础总沉降量为39.6mm，沉降量较小，满足项目功能要求。
工程实际效果：
本工程采用了试桩桩型进行现场工程桩施工。现场工程桩检测结果与试桩检测成果吻合。自2010年12月20钢柱吊装完成后即在桩基上设12个沉降观测点进行现场观测。至2012年5月14日共进行7次检测。在此期间各种设备物资等荷载全部齐全，车间投入使用运营。各观测点累计最大沉降量为12.8mm,累计最小沉降值为9.7mm。平均沉降值11.16mm，小于计算总沉降量（39.6）。2012年5月14日施测沉降速率为0.006mm/d,小于0.01mm/d的规范标准，建筑物沉降已趋于稳定，本工程地基处理完全成功。
四、结语
以上工程实例证明，在滨海地区采用人工造地形成的项目用地，对于一般浅基结构采用水泥搅拌桩复合地基的加固方案是可行性的。水泥搅拌桩的加固机理及工程实例证明其在软土地基加固方面实用且可靠，加固效果良好，该技术在今后的软基处理工程中必将得到广泛的应用。
参考文献：
薛殿基、冯仲林 《复合地基桩处理技术》 第20页 中国建筑工业出版社 2011.1 ISBN978-112-13050-4
薛殿基、冯仲林 《复合地基桩处理技术》 第21页 中国建筑工业出版社 2011.1 ISBN978-112-13050-4
薛殿基、冯仲林 《复合地基桩处理技术》 第19页 中国建筑工业出版社 2011.1 ISBN978-112-13050-4
作者简介：
李永祥（1962-），男，籍贯天津，工程师，学士，从事土建工程技术管理工作。
邸超（1982-），男，籍贯天津，助理工程师，学士，从事土建工程技术管理工作。
李延柱（1985-），男，籍贯天津，助理工程师，学士，从事土建工程技术管理工作。