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摘要：结合某桥台挡土结构的设计，针对工程位置的地质条件和使用要求，对不同的挡土结构方案进行了比较，阐明了水泥土搅拌桩在加固软土地基中的技术、经济优势。并重点介绍了水泥土搅拌桩在结构整体稳定计算中各参数的取值方法，供工程设计人员参考。
关键词：水泥土搅拌桩；挡墙；整体稳定计算
中图分类号：TV42文献标识码： A
1 前言
水泥土搅拌法是加固饱和软黏土地基的一种成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂（浆液状或粉体状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基[1]。本文对滩涂上某软弱地基进行水泥土搅拌桩地基处理的工程实践进行了一些总结。
2 工程概况
本项目位于盐城市响水县。新建桥梁全长39.04m，桥宽15m，桥面净宽14m。上部结构为2孔装配式预应力混凝土空心板，跨径分别为20m、13m；下部结构为桩接盖梁桥台、桩柱式桥墩，钻孔灌注桩基础（桩径1.2m）。原河道有小型渔船通航的要求，结合下游已建桥梁情况，通航孔按20m跨径进行布置。20m跨对应桥台后方距离厂区生产道路只有10m，无法再增加一跨，同时又不能压缩河道，因此必须在桥台处设置挡土结构，防止锥坡进入河道，影响通航。
根据岩土工程勘察报告，场地地层结构为：第1层粉质黏土：浅灰色～棕黄色，软塑～可塑，层厚1.4～2.4m，fa0=90kPa，qik=25 kPa。第2层粉土：浅灰色，稍密，层厚2.5～3.2m，fa0=100kPa，qik=30 kPa。第3层淤泥质黏土：浅灰色～灰色，流塑，层厚14.0～16.6m，fa0=70kPa，qik=20 kPa。第4层粉质黏土：灰褐色，软塑～流塑，层厚0.7～8.3m，fa0=130kPa，qik=30 kPa。第5层粉砂：灰黄色～灰色，中密～密实，层厚8.3～10.7m，fa0=180kPa，qik=50 kPa。
从场地地层分析，软弱层主要为第3层淤泥质黏土，该层平均层厚15.3m，压缩性高，力学强度低，为不良工程地质层。
3 挡土结构设计
3.1 设计方案确定
根据场地地层实际情况，方案阶段提出三种结构型式进行比选。
方案一为桩接盖梁式桥台（见图1），布置3根直径1.2m钻孔灌注桩，盖梁正下方设重力式挡土墙，其与桥台分离。挡土墙底采用直径0.5m水泥土搅拌桩[2]进行地基处理，桩间距1m,桩长23m，正方形布置，桩端进入第4层粉质黏土。
方案二桥台结构型式与方案一相同，锥坡挡土采用钻孔灌注排桩板桩墙结构。
方案三为扶壁式桥台，将挡土结构与桥台组合在一起，下设承台，承台底布置6根直径1.2m钻孔灌注桩。
三个方案均能满足后期使用要求，工程费用分别为31.2万、47.5万和44.8万，方案一投资最省，且水泥土搅拌桩在当地施工经验丰富、技术成熟、施工工期短、加固效果好，做为推荐方案。
图1 方案一断面图
3.2 整体稳定计算
本文仅就推荐方案挡土结构整体稳定性进行计算，水泥土搅拌桩复合地基承载力不再展开论述。整体稳定分析采用圆弧滑动法，经计算（土层指标见表1），当地基土未进行加固时，按快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为0.735，无法满足施工期稳定要求，按固结快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为1.018，不满足规范[3]要求的1.15～1.2，无法满足挡土墙使用期稳定要求，必须对挡土墙地基进行加固处理。经计算分析，影响地基整体稳定性的指标主要是地基土的黏聚力和内摩擦角，采用水泥土搅拌桩进行地基加固处理后，复合土体的综合强度指标可采用面积比法计算。复合土体的黏聚力和内摩擦角可用下述两式计算：
Cc=mCp +(1-m) Cs[4]
tanφc=mtanφp +(1-m) tanφs[4]
式中：Cc——复合地基的黏聚力，kPa；
m——面积置换率，%；
Cp——桩体的黏聚力，可取0.3～0.5倍桩身强度[5]，kPa；
Cs——天然地基的黏聚力，kPa；
Cc——复合地基的黏聚力，kPa；
φc——复合地基的内摩擦角，º；
φp——桩体的内摩擦角，º；
φs——天然地基的内摩擦角，º。
表1 各土层物理力学性质表
序号 土名 含水量 土的重度 孔隙比 塑性指数 液性指数 快剪 快剪 固快 固快
ω0(%) γ(kN/m3) e IP IL c(kPa) φ( ° ) c(kPa) φ( ° )
1 粉质黏土 32.2 18.57 0.900 13.8 0.87 20.3 5.3 22.8 12.7
2 粉土 27.0 19.12 0.759 7.8 1.02 17.0 22.5 12.1 25.8
3 淤泥质黏土 47.7 17.05 1.325 18.7 1.41 11.1 1.9 14.7 4.7
4 粉质黏土 26.0 19.57 0.716 8.7 0.92 10.9 21.3 16.3 26.9
地基处理范围及深度根据圆弧滑动计算来确定，经计算危险滑弧面位于第3层淤泥质黏土底部，加固深度取23m，桩端进入第4层粉质黏土，经进一步计算水平加固范围取12m。采用水泥土搅拌桩进行地基加固处理后，按修正后快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为1.031，满足施工期稳定要求，按修正后固结快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为1.325，满足规范要求。
由于水泥搅拌桩对复合土层内摩擦角的提高有限，对整体稳定计算的贡献度较小，本文建议仅将其做为一种安全储备，不再进行修正。
4 水泥土搅拌桩施工要求
水泥土搅拌桩设计桩长23m，桩端进入第4层粉质黏土，采用两喷两搅的施工工艺，施工前应进行室内配比试验，宜采用32.5级普通硅酸盐水泥，掺入比（重量比）暂定15%，其90d桩身强度不小于1.0MPa。水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少于3根。水泥土搅拌桩施工时，停浆面应高于桩顶设计标高0.3～0.5m。在开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。水泥土搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。
现场施工证明，本次设计确定的水泥掺入比15%满足使用要求，达到了预期的目的。
5 结语
（1）通过计算分析及两年的使用观测表明，采用水泥土搅拌桩加固处理桥台挡墙地基，提高整体稳定性的方法是成功的。
（2）水泥土攪拌桩加固处理的地基整体稳定分析可采用圆弧滑动法。在分析中，假定滑动面穿过加固区。选取计算强度指标时，未加固区采用天然土体的强度指标，加固区采用复合土体综合强度指标，复合地基综合强度指标，采用面积置换率法计算。
（3）在软土地基上建重力式挡墙、护岸等构筑物，地基整体稳定是经常遇到的问题，本文采用的水泥土搅拌桩加固处理是个快速、经济、有效的办法，可为类似工程提供参考。
作者简介：王宝石（1981—），男，工程师，从事工程设计。
关键词：水泥土搅拌桩；挡墙；整体稳定计算
中图分类号：TV42文献标识码： A
1 前言
水泥土搅拌法是加固饱和软黏土地基的一种成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂（浆液状或粉体状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基[1]。本文对滩涂上某软弱地基进行水泥土搅拌桩地基处理的工程实践进行了一些总结。
2 工程概况
本项目位于盐城市响水县。新建桥梁全长39.04m，桥宽15m，桥面净宽14m。上部结构为2孔装配式预应力混凝土空心板，跨径分别为20m、13m；下部结构为桩接盖梁桥台、桩柱式桥墩，钻孔灌注桩基础（桩径1.2m）。原河道有小型渔船通航的要求，结合下游已建桥梁情况，通航孔按20m跨径进行布置。20m跨对应桥台后方距离厂区生产道路只有10m，无法再增加一跨，同时又不能压缩河道，因此必须在桥台处设置挡土结构，防止锥坡进入河道，影响通航。
根据岩土工程勘察报告，场地地层结构为：第1层粉质黏土：浅灰色～棕黄色，软塑～可塑，层厚1.4～2.4m，fa0=90kPa，qik=25 kPa。第2层粉土：浅灰色，稍密，层厚2.5～3.2m，fa0=100kPa，qik=30 kPa。第3层淤泥质黏土：浅灰色～灰色，流塑，层厚14.0～16.6m，fa0=70kPa，qik=20 kPa。第4层粉质黏土：灰褐色，软塑～流塑，层厚0.7～8.3m，fa0=130kPa，qik=30 kPa。第5层粉砂：灰黄色～灰色，中密～密实，层厚8.3～10.7m，fa0=180kPa，qik=50 kPa。
从场地地层分析，软弱层主要为第3层淤泥质黏土，该层平均层厚15.3m，压缩性高，力学强度低，为不良工程地质层。
3 挡土结构设计
3.1 设计方案确定
根据场地地层实际情况，方案阶段提出三种结构型式进行比选。
方案一为桩接盖梁式桥台（见图1），布置3根直径1.2m钻孔灌注桩，盖梁正下方设重力式挡土墙，其与桥台分离。挡土墙底采用直径0.5m水泥土搅拌桩[2]进行地基处理，桩间距1m,桩长23m，正方形布置，桩端进入第4层粉质黏土。
方案二桥台结构型式与方案一相同，锥坡挡土采用钻孔灌注排桩板桩墙结构。
方案三为扶壁式桥台，将挡土结构与桥台组合在一起，下设承台，承台底布置6根直径1.2m钻孔灌注桩。
三个方案均能满足后期使用要求，工程费用分别为31.2万、47.5万和44.8万，方案一投资最省，且水泥土搅拌桩在当地施工经验丰富、技术成熟、施工工期短、加固效果好，做为推荐方案。
图1 方案一断面图
3.2 整体稳定计算
本文仅就推荐方案挡土结构整体稳定性进行计算，水泥土搅拌桩复合地基承载力不再展开论述。整体稳定分析采用圆弧滑动法，经计算（土层指标见表1），当地基土未进行加固时，按快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为0.735，无法满足施工期稳定要求，按固结快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为1.018，不满足规范[3]要求的1.15～1.2，无法满足挡土墙使用期稳定要求，必须对挡土墙地基进行加固处理。经计算分析，影响地基整体稳定性的指标主要是地基土的黏聚力和内摩擦角，采用水泥土搅拌桩进行地基加固处理后，复合土体的综合强度指标可采用面积比法计算。复合土体的黏聚力和内摩擦角可用下述两式计算：
Cc=mCp +(1-m) Cs[4]
tanφc=mtanφp +(1-m) tanφs[4]
式中：Cc——复合地基的黏聚力，kPa；
m——面积置换率，%；
Cp——桩体的黏聚力，可取0.3～0.5倍桩身强度[5]，kPa；
Cs——天然地基的黏聚力，kPa；
Cc——复合地基的黏聚力，kPa；
φc——复合地基的内摩擦角，º；
φp——桩体的内摩擦角，º；
φs——天然地基的内摩擦角，º。
表1 各土层物理力学性质表
序号 土名 含水量 土的重度 孔隙比 塑性指数 液性指数 快剪 快剪 固快 固快
ω0(%) γ(kN/m3) e IP IL c(kPa) φ( ° ) c(kPa) φ( ° )
1 粉质黏土 32.2 18.57 0.900 13.8 0.87 20.3 5.3 22.8 12.7
2 粉土 27.0 19.12 0.759 7.8 1.02 17.0 22.5 12.1 25.8
3 淤泥质黏土 47.7 17.05 1.325 18.7 1.41 11.1 1.9 14.7 4.7
4 粉质黏土 26.0 19.57 0.716 8.7 0.92 10.9 21.3 16.3 26.9
地基处理范围及深度根据圆弧滑动计算来确定，经计算危险滑弧面位于第3层淤泥质黏土底部，加固深度取23m，桩端进入第4层粉质黏土，经进一步计算水平加固范围取12m。采用水泥土搅拌桩进行地基加固处理后，按修正后快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为1.031，满足施工期稳定要求，按修正后固结快剪指标计算的挡土墙整体稳定安全系数为1.325，满足规范要求。
由于水泥搅拌桩对复合土层内摩擦角的提高有限，对整体稳定计算的贡献度较小，本文建议仅将其做为一种安全储备，不再进行修正。
4 水泥土搅拌桩施工要求
水泥土搅拌桩设计桩长23m，桩端进入第4层粉质黏土，采用两喷两搅的施工工艺，施工前应进行室内配比试验，宜采用32.5级普通硅酸盐水泥，掺入比（重量比）暂定15%，其90d桩身强度不小于1.0MPa。水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少于3根。水泥土搅拌桩施工时，停浆面应高于桩顶设计标高0.3～0.5m。在开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。水泥土搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。
现场施工证明，本次设计确定的水泥掺入比15%满足使用要求，达到了预期的目的。
5 结语
（1）通过计算分析及两年的使用观测表明，采用水泥土搅拌桩加固处理桥台挡墙地基，提高整体稳定性的方法是成功的。
（2）水泥土攪拌桩加固处理的地基整体稳定分析可采用圆弧滑动法。在分析中，假定滑动面穿过加固区。选取计算强度指标时，未加固区采用天然土体的强度指标，加固区采用复合土体综合强度指标，复合地基综合强度指标，采用面积置换率法计算。
（3）在软土地基上建重力式挡墙、护岸等构筑物，地基整体稳定是经常遇到的问题，本文采用的水泥土搅拌桩加固处理是个快速、经济、有效的办法，可为类似工程提供参考。
作者简介：王宝石（1981—），男，工程师，从事工程设计。