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摘要: 水泥搅拌桩作为一种良好的软弱地基处理方式，对软土进行就地加固，能够最大限度地利用原状土的承载力或其他力学性能，在建筑工程中应用广泛。本文就水泥搅拌桩的优缺点及其在软土地基处理中的应用进行了分析。
关键词：水泥搅拌桩；优点缺点分析；工程应用
Abstract: Cement mixing pile is a good soft foundation treatment methods for soft soil reinforcement, in situ, to maximize the use of undisturbed soil bearing capacity or other mechanical properties, thus it is widely used in architectural engineering. This paper analyzes the advantages and disadvantages of cement mixing pile in soft soil foundation treatment application
Key Words: cement mixing pile; advantage and disadvantage analysis; engineering application
中图分类号：TV42+1文献标识码：A 文章编号：
1．引言
水泥搅拌桩是指通过特制的深层搅拌机，沿深度方向将软土与固化剂(水泥浆或水泥粉，石灰粉、粉煤灰以及一定量的掺合剂)就地进行强制搅拌。使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土加固体，沿深度方向形成的该加固体称为水泥搅拌桩。水泥搅拌桩作为一种良好的软弱地基处理方式，对软土进行就地加固，能够最大限度地利用原状土的承载力或其他力学性能，在建筑工程中应用广泛。
2．水泥搅拌桩的优点分析
2.1适用土质类型广，加固深度大
水泥搅拌桩适用于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土、含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基。对泥炭土或地下水pH值较低、有机质含量高的粘性土，宜通过试验确定其适用性。加固深度主要取决于使用搅拌机的动力大小及地基反力。国内目前采用水泥搅拌桩的最大加固深度可达 30m。
2.2适用工程范围广
水泥搅拌桩用途广泛，主要用于形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等。
1）形成复合地基。形成复合地基的主要目的是为了提高地基的承载力及改善地基的变形特性。目前，水泥搅拌桩复合地基广泛应用于: (1)建(构)筑物地基，如10层以下的民用住宅、办公楼、厂房、水池、油罐等建（构)筑物的地基; (2)大型堆场，如钢铁厂、水泥厂、大型货厂等的地基; (3)高速公路和机场跑道的基础处理，如应用于高速公路桥台、箱涵(通道)两侧的引道地基以调整路基与桥梁桩基或箱涵(通道)基础之问的不均匀沉降。
2）形成支护结构。在软土地基中开挖基坑时，常采用水泥搅拌桩形成格栅状的重力式挡土墙进行挡土支护。这种支护结构应用于开挖深度为5~6m左右的浅基坑时显得特别有效、经济。
3）形成防渗止水帷幕。由于原状土体经水泥搅拌桩加固后所形成的水泥土的渗透系数比天然土体的渗透系数往往要小很多，因此它具有较好的止水防渗能力。在淤泥土、砂性土等不良地基中，水泥搅拌桩常被加固成连续壁式结构，用作防渗止水帷幕。如基坑开挖时，常用钻孔桩或挖孔桩挡土，桩后采用搅拌桩形成连续壁式的防渗止水幕墙，组成复合支护结构，往往具有意想不到的效果。
此外，在砂性土或淤泥质砂性土中进行真空顶压处理时，常采用水泥搅拌桩沿处理区域的外围边界喷入泥浆或水泥浆形成封闭的帷幕，以提高真空预压处理的效果。
2.3施工工期短、成本低
与其他施工方法相比较，水泥搅拌桩具有施工工期短、无公害、成本低等特点。这种施工方法在施工过程中无振动、无噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，对相邻建筑物不产生有害影响，具有较好的综合经济效益和社会效益。
2.4施工机械化程度高
水泥搅拌桩机械生产厂家众多，机械型号不断增加，性能不断改进。各类深层搅拌机械均有其各自的优势，适合不同的地质条件和工程用途。在提高了施工效率的同时也大大提高了桩体的承载能力或挡土能力。
2.5水泥搅拌桩的受力与变形主要发生十桩体上部，桩体下部的受力与变形均较小
水泥搅拌桩的这种承载性状可归纳为:1）在桩顶荷载作用下，水泥搅拌桩的沉降主要是由桩身压缩引起的，而桩身上部的压缩量比下部的大，到桩端几乎接近零;2）由于桩身上部压编较大，因此桩周摩阻力在桩身上部得到充分发挥，类似纯摩擦桩的特征。对一定的地质条件，搅拌桩应有一临界桩长。当桩长超过该临界桩长时，超过部分的桩体承载作用实际很小、甚至不起作用。
3. 水泥搅拌桩的缺点分析
水泥土搅拌桩是一项具有良好技术经济效益和社会效益的地基加固方法，其理论与施工工艺技术渐趋成熟，但也存在着一些问题:在工程的应用中，由于设计方法比较保守，置换率高达40%～80%，桩体设计强度取值一般不超过0.6MPa，同时由于理论研究投入不够，没有取得完整的应力场和变形场数据，使其设计计算方法不尽人意，应加强桩土应力比及组合水泥土的工作机理研究，完善复合地基的变形计算方法。同时在工程的实践中，由于我国搅拌机械的性能及施工监控系统比较落后，如成桩质量缺乏监控装置，堵土断桩现象需要用人工监视等等，再加上管理环节的薄弱，操作人员的技术水平及操作不认真，因此不但施工工艺尚待进一步完善和提高，而且质量检测手段有待加强和健全。
4．水泥搅拌桩在软土基础处理中的应用
某高速公路沿线软基路段长约13krn，需加固的软基结构物约110处。在该公路建设过程中，因工期需要而决定在桥涵部位的软基路段进行水泥搅拌桩复合地基处理。设计思路是从软基段结构物基底或桥台后一定范围的地基处理人手，通过深层搅拌桩的置换率和桩长调整，形成从桥台到路基一定范围的一个过渡段，从而控制桥台背与引道、引道与路基的一定范围内的沉降差，使局部纵坡率不超过公路技术标准，达到安全、舒适行车的目的。
本设计中的要求是复合地基承载力必须满足上部结构及填土的荷载要求，沉降及沉降差满足使路面平稳过渡的要求，同时进行路基的深层及浅层滑移稳定性校核。以其中一小桥为例，说明桥台背过渡段复合地基的设计过程。
4.1工程简介
小桥桥长26m(两跨13m)，桥面宽26.0m。该桥是一斜交桥，河流与线路方向斜交450。该桥台基础采用Ф1200mm钻孔灌注桩;路基采用砂桩或插塑板加超载顶压方法进行地基处理。由于这两种地基处理方法的加固机理不同，施工技术迥异，势必会引起桥台背一定范围内产生过大的沉降差，产生严重的“桥台跳车”现象。为了协调两者的沉降变形，需要在该桥两端台背一定范围内采用深层水泥搅拌桩形成复合地基进行处理，使同时能够适应两端不同的地基处理方法，并起到调节过渡的作用，减少桥台沉降差。
4.2搅拌桩复合地基设计
（1）处理范围。确定深层搅拌桩处理范围的原则是:1）缓冲段长度(L):即搅拌桩处理范围沿线路方向的长度。在复合地基承载力满足上部结构设计荷载要求的前提下，满足沿线路方向总沉降差不大于50mm且纵坡率不大于1%的要求，以此确定缓冲段长度。2）缓冲段宽度(B)：由于线路横向无严格的沉降差要求，因此，设置缓冲段宽度时以满足设计荷载的要求为主，同时考虑路基护坡或反压护道防止产生深层滑移的要求。根据上述原则，确定该小桥桥台背缓冲段为L×B=513.4m2。
（2）复合地基设汁。
1）承载力设计。在满足承载力要求的前提下，在过渡段应变化搅拌桩的桩长和置换率，以使过渡段的沉降差满足纵坡率的要求。本例中确定过渡段搅拌桩的桩长为6.0~8.5m,单桩承载力为87.9~104.5kN ;搅拌桩的置换率0.15~0.20，平均置换率0.18;桩中心距1.0~1.35m。此时复合地基承载力为98.8~117.5kPa。
2）沉降校核。首先，根据桩群体顶端及底端的荷载大小，确定复合地基范围内桩群体的压缩变形量为11.0~20.3mnm。其次，采用“分层总和法”计算桩端下卧层土体的沉降变形为24.7~46.1mm。由此可知，过渡段复合地基的总沉降：最大沉降为66.4mm，最小沉降为35.7mm，沉降差为30.7mm。沉降及沉降差均满足设计要求。
3）深层滑移校核。对于软土地区的填方工程，当填方高度较大时，应进行路基的深层滑移校核。经过分析，本例中因搅拌桩桩长均穿过软土而达到持力层，路基底部深层搅抖桩复合地基处理范围内不会产生深层滑移。路基也不会产生填方的浅层滑移。
由此可见，采用深层水泥搅拌桩对桥台背或箱涵(通道)两侧的过渡段进行复合地基处理，除了节省工期外，只要设计得当，可有效地减少或防止“桥台跳车”的危害。
5. 结论
水泥搅拌桩相对其它桩型有其独特的特点和优势，但若对其适用性研究不够，必将在地基处理过程中暴露各种各样的缺陷。本文结合笔者的实践，详细探讨了水泥搅拌桩在工程应用中的优缺点，针对某重要工程，阐述了水泥搅拌桩应用中出现的一些问题；同时提出了几点建议，以有效地减少不必要的工程失误。
参考文献：
[1] 申红霞，武剑．水泥搅拌樁在某工程应用中的问题[J]．电力勘测，2006，21（10）：74-75．
[2] 温建兴．水泥搅拌桩在某软弱地基场地中的应用[J]．中国房地产金融 ，2010，24（04）：11-12．
[3] 李志华．水泥搅拌桩处理软土地基优势[J]．建筑技术，2011，31（11）：31-33．
关键词：水泥搅拌桩；优点缺点分析；工程应用
Abstract: Cement mixing pile is a good soft foundation treatment methods for soft soil reinforcement, in situ, to maximize the use of undisturbed soil bearing capacity or other mechanical properties, thus it is widely used in architectural engineering. This paper analyzes the advantages and disadvantages of cement mixing pile in soft soil foundation treatment application
Key Words: cement mixing pile; advantage and disadvantage analysis; engineering application
中图分类号：TV42+1文献标识码：A 文章编号：
1．引言
水泥搅拌桩是指通过特制的深层搅拌机，沿深度方向将软土与固化剂(水泥浆或水泥粉，石灰粉、粉煤灰以及一定量的掺合剂)就地进行强制搅拌。使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土加固体，沿深度方向形成的该加固体称为水泥搅拌桩。水泥搅拌桩作为一种良好的软弱地基处理方式，对软土进行就地加固，能够最大限度地利用原状土的承载力或其他力学性能，在建筑工程中应用广泛。
2．水泥搅拌桩的优点分析
2.1适用土质类型广，加固深度大
水泥搅拌桩适用于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土、含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基。对泥炭土或地下水pH值较低、有机质含量高的粘性土，宜通过试验确定其适用性。加固深度主要取决于使用搅拌机的动力大小及地基反力。国内目前采用水泥搅拌桩的最大加固深度可达 30m。
2.2适用工程范围广
水泥搅拌桩用途广泛，主要用于形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等。
1）形成复合地基。形成复合地基的主要目的是为了提高地基的承载力及改善地基的变形特性。目前，水泥搅拌桩复合地基广泛应用于: (1)建(构)筑物地基，如10层以下的民用住宅、办公楼、厂房、水池、油罐等建（构)筑物的地基; (2)大型堆场，如钢铁厂、水泥厂、大型货厂等的地基; (3)高速公路和机场跑道的基础处理，如应用于高速公路桥台、箱涵(通道)两侧的引道地基以调整路基与桥梁桩基或箱涵(通道)基础之问的不均匀沉降。
2）形成支护结构。在软土地基中开挖基坑时，常采用水泥搅拌桩形成格栅状的重力式挡土墙进行挡土支护。这种支护结构应用于开挖深度为5~6m左右的浅基坑时显得特别有效、经济。
3）形成防渗止水帷幕。由于原状土体经水泥搅拌桩加固后所形成的水泥土的渗透系数比天然土体的渗透系数往往要小很多，因此它具有较好的止水防渗能力。在淤泥土、砂性土等不良地基中，水泥搅拌桩常被加固成连续壁式结构，用作防渗止水帷幕。如基坑开挖时，常用钻孔桩或挖孔桩挡土，桩后采用搅拌桩形成连续壁式的防渗止水幕墙，组成复合支护结构，往往具有意想不到的效果。
此外，在砂性土或淤泥质砂性土中进行真空顶压处理时，常采用水泥搅拌桩沿处理区域的外围边界喷入泥浆或水泥浆形成封闭的帷幕，以提高真空预压处理的效果。
2.3施工工期短、成本低
与其他施工方法相比较，水泥搅拌桩具有施工工期短、无公害、成本低等特点。这种施工方法在施工过程中无振动、无噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，对相邻建筑物不产生有害影响，具有较好的综合经济效益和社会效益。
2.4施工机械化程度高
水泥搅拌桩机械生产厂家众多，机械型号不断增加，性能不断改进。各类深层搅拌机械均有其各自的优势，适合不同的地质条件和工程用途。在提高了施工效率的同时也大大提高了桩体的承载能力或挡土能力。
2.5水泥搅拌桩的受力与变形主要发生十桩体上部，桩体下部的受力与变形均较小
水泥搅拌桩的这种承载性状可归纳为:1）在桩顶荷载作用下，水泥搅拌桩的沉降主要是由桩身压缩引起的，而桩身上部的压缩量比下部的大，到桩端几乎接近零;2）由于桩身上部压编较大，因此桩周摩阻力在桩身上部得到充分发挥，类似纯摩擦桩的特征。对一定的地质条件，搅拌桩应有一临界桩长。当桩长超过该临界桩长时，超过部分的桩体承载作用实际很小、甚至不起作用。
3. 水泥搅拌桩的缺点分析
水泥土搅拌桩是一项具有良好技术经济效益和社会效益的地基加固方法，其理论与施工工艺技术渐趋成熟，但也存在着一些问题:在工程的应用中，由于设计方法比较保守，置换率高达40%～80%，桩体设计强度取值一般不超过0.6MPa，同时由于理论研究投入不够，没有取得完整的应力场和变形场数据，使其设计计算方法不尽人意，应加强桩土应力比及组合水泥土的工作机理研究，完善复合地基的变形计算方法。同时在工程的实践中，由于我国搅拌机械的性能及施工监控系统比较落后，如成桩质量缺乏监控装置，堵土断桩现象需要用人工监视等等，再加上管理环节的薄弱，操作人员的技术水平及操作不认真，因此不但施工工艺尚待进一步完善和提高，而且质量检测手段有待加强和健全。
4．水泥搅拌桩在软土基础处理中的应用
某高速公路沿线软基路段长约13krn，需加固的软基结构物约110处。在该公路建设过程中，因工期需要而决定在桥涵部位的软基路段进行水泥搅拌桩复合地基处理。设计思路是从软基段结构物基底或桥台后一定范围的地基处理人手，通过深层搅拌桩的置换率和桩长调整，形成从桥台到路基一定范围的一个过渡段，从而控制桥台背与引道、引道与路基的一定范围内的沉降差，使局部纵坡率不超过公路技术标准，达到安全、舒适行车的目的。
本设计中的要求是复合地基承载力必须满足上部结构及填土的荷载要求，沉降及沉降差满足使路面平稳过渡的要求，同时进行路基的深层及浅层滑移稳定性校核。以其中一小桥为例，说明桥台背过渡段复合地基的设计过程。
4.1工程简介
小桥桥长26m(两跨13m)，桥面宽26.0m。该桥是一斜交桥，河流与线路方向斜交450。该桥台基础采用Ф1200mm钻孔灌注桩;路基采用砂桩或插塑板加超载顶压方法进行地基处理。由于这两种地基处理方法的加固机理不同，施工技术迥异，势必会引起桥台背一定范围内产生过大的沉降差，产生严重的“桥台跳车”现象。为了协调两者的沉降变形，需要在该桥两端台背一定范围内采用深层水泥搅拌桩形成复合地基进行处理，使同时能够适应两端不同的地基处理方法，并起到调节过渡的作用，减少桥台沉降差。
4.2搅拌桩复合地基设计
（1）处理范围。确定深层搅拌桩处理范围的原则是:1）缓冲段长度(L):即搅拌桩处理范围沿线路方向的长度。在复合地基承载力满足上部结构设计荷载要求的前提下，满足沿线路方向总沉降差不大于50mm且纵坡率不大于1%的要求，以此确定缓冲段长度。2）缓冲段宽度(B)：由于线路横向无严格的沉降差要求，因此，设置缓冲段宽度时以满足设计荷载的要求为主，同时考虑路基护坡或反压护道防止产生深层滑移的要求。根据上述原则，确定该小桥桥台背缓冲段为L×B=513.4m2。
（2）复合地基设汁。
1）承载力设计。在满足承载力要求的前提下，在过渡段应变化搅拌桩的桩长和置换率，以使过渡段的沉降差满足纵坡率的要求。本例中确定过渡段搅拌桩的桩长为6.0~8.5m,单桩承载力为87.9~104.5kN ;搅拌桩的置换率0.15~0.20，平均置换率0.18;桩中心距1.0~1.35m。此时复合地基承载力为98.8~117.5kPa。
2）沉降校核。首先，根据桩群体顶端及底端的荷载大小，确定复合地基范围内桩群体的压缩变形量为11.0~20.3mnm。其次，采用“分层总和法”计算桩端下卧层土体的沉降变形为24.7~46.1mm。由此可知，过渡段复合地基的总沉降：最大沉降为66.4mm，最小沉降为35.7mm，沉降差为30.7mm。沉降及沉降差均满足设计要求。
3）深层滑移校核。对于软土地区的填方工程，当填方高度较大时，应进行路基的深层滑移校核。经过分析，本例中因搅拌桩桩长均穿过软土而达到持力层，路基底部深层搅抖桩复合地基处理范围内不会产生深层滑移。路基也不会产生填方的浅层滑移。
由此可见，采用深层水泥搅拌桩对桥台背或箱涵(通道)两侧的过渡段进行复合地基处理，除了节省工期外，只要设计得当，可有效地减少或防止“桥台跳车”的危害。
5. 结论
水泥搅拌桩相对其它桩型有其独特的特点和优势，但若对其适用性研究不够，必将在地基处理过程中暴露各种各样的缺陷。本文结合笔者的实践，详细探讨了水泥搅拌桩在工程应用中的优缺点，针对某重要工程，阐述了水泥搅拌桩应用中出现的一些问题；同时提出了几点建议，以有效地减少不必要的工程失误。
参考文献：
[1] 申红霞，武剑．水泥搅拌樁在某工程应用中的问题[J]．电力勘测，2006，21（10）：74-75．
[2] 温建兴．水泥搅拌桩在某软弱地基场地中的应用[J]．中国房地产金融 ，2010，24（04）：11-12．
[3] 李志华．水泥搅拌桩处理软土地基优势[J]．建筑技术，2011，31（11）：31-33．