水泥搅拌桩在高层建筑地基处理中的应用

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摘要：在目前技术条件下，对高层建筑的地基处理可供选择的方案很多，这里主要探讨一下水泥搅拌桩在高层建筑地基处理中的应用。

关键词：水泥搅拌桩；布桩；施工

Abstract: in the current technical conditions, to high-rise building foundation treatment options available to many, it mainly discusses the cement mixing pile in foundation treatment of high-rise building application.

Key words: cement mixing pile; pile; construction

中图分类号：[TU208.3]   文献标识码：A 文章编号：

一、前言

随着人类的发展，建筑物越建越高，越建越复杂，传给地基的荷载也越来越大。 同时，人类的活动范围也在扩大，在一些地基性能不太好的区域也要建造建筑物或构筑物。这都使得越来越多的天然地基不能满足要求，地基处理技术随之产生和发展起来。 在高层建筑地基础处理中,，由于上部传来的荷载是非常巨大,一般的地基是难以承担的,因此,对高层建筑的地基进行加固处理, 以达到设计地基极限承载力及沉降的要求,就显得非常重要。

二、水泥搅拌法的涵义与基本原理

水泥搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法。它是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使喷入软土中的固化剂与软土充分拌合在一起，由固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学作用，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量。这种地基处理技术具有设备简单、操作方便、质量可靠、施工速度快、成本低、无污染、无振动以及对周围环境无不良影响等优点,尤其适用于当前对环境问题日益重视的城市工程建设,已经成为国内多层建筑地基处理技术中应用最为广泛的技术之一。

三、水泥搅拌桩处理高层建筑地基的注意事项

1、水泥料的选择

通过大量水泥土重度试验结果表明，水泥土的重度仅比天然软土的重度提高 0.5%～3%，所以采用水泥土搅拌法加固厚层软土地基时，其加固部分对于未加固部分不致产生过大的附加荷重，也不会产生较大的附加沉降。水泥土的抗压强度除了与被加固土体的性质有关外,还与水泥的标号、掺合量、龄期及外加剂等有密切的关系。水泥标号愈大强度增加愈大,水泥标号增加 10 号,强度可提高 30%。因此实际中尽量采用高标号的水泥; 水泥的掺入比愈大,水泥土的强度逐渐增加,当掺入比小于 5%时,对水泥土的强度影响不大, 因此掺入比必须大于5%,一般的掺入比采用 10%- 15%;水泥土的强度随着养护龄期的增大而增大, 超过 90d 后,强度的增长才开始稳定, 一般采用 90d 的龄期作为标准; 不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。如木质素磺酸钙对水泥土强度影响不大，主要起减水作用。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效果对不同土样和不同的水泥掺入比又有所不同，所以选择合适的外掺剂可以提高水泥土强度又可以节约水泥用量。

2、垫层的合理设置

水泥搅拌桩以均厚褥垫形式布置在桩及桩间土组成的复合地基与基础之间垫层材料为级配砂石，碎石最大粒径不超过 50mm，粒径不均匀系数应大于 10，

含泥量不超过 5%，砂宜采用中、粗砂。保护层的作用主要在于：保证桩、同承担荷载，由于桩的模量大于桩间土的模量，当基础下不设褥垫层，基础直接压在桩与桩间土之上，在垂直荷载作用下，基础传来的荷载首先由模量较大的桩承担，随着时间增加，桩发生一定沉降，荷载逐渐转移到土体，若桩沉降较小，基础传来的荷载大部分由桩承担，桩间土的承载能力得不到发挥，而在基础下设置褥垫层后，即使桩沉降较小，因桩顶向上刺入垫层，将上部荷载转移到桩间土上，使桩与桩间同承担荷载；适当的褥垫层厚度可使桩间土荷载分担比合理，褥垫层的厚薄直接影响桩、土荷载分担比，若褥垫层太厚，桩承担的荷载很小，桩间土承担荷载较大，桩土应力比等于或接近于 1，这样复合地基中的桩失去了意义。

2、布桩形式及加固范围

搅拌桩一般采用柱状、壁状、格栅状和块状四种布桩形式。柱状就是在所要加固的地基范围之内，每间隔一定的间距设置1 根搅拌桩，即成为柱状加固形式。适用于加固区表面和桩端土质较好的局部饱和软弱夹层；在深厚的饱和软土地区，对基底压力和结构刚度相对均匀的较大的点式建筑，采用柱状加固形式并适当增大桩长，放大桩距，可以减小群桩效应。壁状和格栅状就是将相邻搅拌部分重叠搭接即成为壁状或格栅状布桩形式。一般适用于深基坑开挖时软土边坡的围护结构，可防止边坡坍塌和岸壁滑动。在深厚软土地区或土层分布不均匀的场地，上部结构的长宽比或长高比大，刚度小，易产生不均匀沉降的多层砖混条形基础，采用格栅式加固形式使搅拌桩在地下空间形成一个封闭整体，可提高整体刚度，增强抵抗不均匀沉降的能力。块状就是将纵横两个方向相邻的搅拌桩全部重叠搭接即成为块状布桩形式，它适用于上部结构荷载面积大，不均匀沉降要求较为严格的构筑物的地基处理；另外在软土地区开挖深基坑时，为防止坑底隆起和封底时，也可以采用块状布桩形式。另外，布桩时摩擦桩必须考虑群桩效应，桩距不宜过小。目前，搅拌桩的桩径大多在φ500～700mm。由于基础宽度的限制，常常会给布桩造成困难，多数工程桩距较小。解决这个矛盾的途径：一是采用单轴搅拌，将桩径缩至φ400mm 左右；二是在基础和搅拌桩的桩顶之间设置 300～500mm 厚的粗粒材料垫层拉开桩距；三是增加桩长，减少桩数，增大桩距。实践证明，采用以上措施是有效的。复合地基中，搅拌桩的桩距不宜小于 2d(d 为桩径)。

3、施工技术

（1）设立旁站监督人员，监督搅拌机的下钻深度、复搅深度、停灰面标高、水平垂直度、钻进速度、每米水泥用量（或每根桩水泥用量）等。搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。保证水泥掺量为12%-20%，满足设计要求。定期检查钻头叶片的磨损，严格保证桩径大小符合设计要求。（2）为保证桩体搅拌均匀,桩机钻头应焊接至少6个横向搅拌刀片,且在每个横向刀片上焊接1个~2个竖向搅拌刀片,同时保证桩体的竖向搅拌效果,竖向搅拌刀片长度大于5 cm,宽度不小于2 cm。（3）在桩机井架的正面和侧面一定要吊挂垂球,垂球重量不小于2 kg,防止施工时桩机倾斜。（4）为了保证水泥浆的配合比满足要求、每根桩所使用的水泥浆量均匀充足,且考虑方便现场施工人员的操作和旁站人员的监督。若所施工的桩长皆为统一长度,可将单根桩所需的水泥浆一次拌制或分两次拌制完成;当桩长较短时也可一次拌制2根~3根桩所需的水泥浆,使用时可在水泥浆罐的罐壁上焊接出每根桩需用水泥浆的深度刻度线。（5）根据复合地基承载力计算及受力分析,桩体6 m以上的部位基本承受了上部荷载的70%以上,越往下部受力渐渐越来越小,因此施工过程中应特别注意加强上部桩体施工控制工作。（6）旁站人员每天必须记录所管辖桩机的具体施工情况,其中包括:当值期间桩机施工是否正常、有无机械损坏情况,修理时间,修好后开工时间、有无无故停机的情况,停机时间及开机时间。

总之，水泥搅拌桩用于高层建筑时既可以使承载力达到设计要求，又可将沉降变形控制在允许范围之内，是合理的地基处理方法之一，值得继续推广和研究。

参考文献

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[2]陈水龙,巨建勋.深层水泥搅拌桩在基坑支护中的应用[J].水利与建筑工程学报,2006,4.

[3]钱力航.高层建筑箱形与筏形基础的设计计算[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.