深层搅拌加固法在软土地基处理中的应用

时间：2024-05-17

林富财

（厦门地质工程勘察院，福建厦门 361000）

1 工程概况

该住宅楼项目位于某市道路交叉处，建筑规模近15万m2，其中包括了15幢多层建筑，由于拟建场地为漫滩地带，其地层为高压缩性流塑态的淤泥质亚黏土，厚度超过30m，土质松软，承载力很低。为了提高软土地基的承载能力，充分利用有限的建筑场地，增加住宅楼层数，采用大开挖深换土、使用大板和折板基础外，还采用了碎石桩、石灰桩、就地灌注素混凝土桩、锥形桩以及深层搅拌法等地基处理措施。同时经研究决定对该小区中的6幢6—7的住宅楼软土地基进行深层搅拌法加固。

拟建场地主要地层为高压缩性的淤泥质亚黏土，其表面有1.3—2.9m厚的人工填土，容许承载力为75kPa，其下为未被钻穿的厚层淤泥质亚黏土，容许承载力仅60kPa。土样有机质含量2.37%，可溶盐含量0.135%，烧矢量6.94%。各土层物理力学性质指标见表1所示。

2 地基加固方案分析

本拟建小区采用深层搅拌加固的住宅楼主要有7层点式和6层条式两种。7层点式住宅楼荷重较大，基底压力达150kPa，但上部建筑相对刚度较大，因此建筑物沉降将比较均匀，根据这一特点，深层搅拌加固采用柱状加固型式。6层条式住宅楼虽基底压力小于140kPa，但其上部建筑长高比较大，刚度相对较小，易产生不均匀沉降；尤其有6幢底层为商店的临街住宅楼，建在地势低洼、又是新近刚回境的鱼塘上，极易产生不均匀沉降，因此搅拌加固设计中采用了壁状加固型式，即桩与桩搭接成壁，纵横方向的水泥土壁又交叉成格栅状，使全部的搅拌桩连成一个整体，如同一个不封底的箱形基础，以减少不均匀沉降。此外对于一半基础座落在新填的鱼塘上，另一半座落在岸坡上的条式住宅楼，则通过不同的桩长设计来调整不均匀沉降。搅拌桩位布置见图1。

鉴于本项目7层点式住宅楼场地为现征用的菜地，地势平坦，主要地基土为厚层淤泥质亚黏土，容许承载力为70kPa，表层有1.5～2.0m厚的素填土，容许承载力为80kPa。这种7层点式住宅楼的建筑面积1560m。，基础占地面积为228.04m2，基底压力F=152.2kPa。

图1 点式住宅楼搅拌桩位布置图

对于底层为商店的6层条式住宅楼建在西三区东部鱼塘上，塘底标高13.8～14.0m，基底设计标高为5.5m，鱼塘在地基加固施工前新填素黏土1.5—2.0m，其下为淤泥质亚黏土，容许承载力为6.5kPa，新填土容许承载力根据轻便触探锤击数并考虑未固结等因素取50kPa。6层条式住宅楼建筑面积2037m2，条基底面积为426.7m2，基底压力为121.6kPa。

表1 各土层物理力学性质指标

3 地基加固施工

3.1 施工参数

本工程深层搅拌桩加固施工所选取的机械为SJB一1型深层搅拌机，搅拌轴长10m.搅拌叶片直径700mm；DR20-10型塔架式吊车；HB6—3型灰桨泵及200L灰浆拌制机等。固化剂配方采取425#普通硅酸盐水泥，水泥平均掺入比10%，水灰比0.45搅拌用水为当时自来水，有部分房屋的搅拌桩加外掺剂，用量为水泥的2%。

3.2 施工实施

施工前首先应当对场地采取清理，然后把石块、铁器及其他建筑垃圾清理干净。钻机放于两根短机台木上，其下面横放两根短岩心管，用撬棍可使其移动。将钻机移至加固桩位，安装要周正、水平、牢固，使搅拌机头对准桩位，偏差不得大于10cm，立轴的垂直误差不得大于1%。

配制水泥浆时首先应当在灰浆桶内搅拌，使灰浆柄口对准砂浆泵的过滤网，搅拌好的灰浆直接流人砂浆泵内。钻进搅拌喷浆，启动钻机、砂浆泵，观察搅拌头咬眼，待喷浆正常，开车钻进，至设计深度。在钻进搅拌过程中，边搅拌、边回填、边提升。选择的砂砾石要干净，且级配合理，使其能较好地混合密实。为了能有效地确保搅拌均匀，须重复搅拌，要求第二次提升喷浆搅拌至桩顶标高，并严格控制提升速度；最后按设计桩距将钻机移至新桩位。

图2 条式住宅楼搅拌桩位布置图

3.3 变掺量搅拌

在搅拌桩施工中，根据摩擦型搅拌桩的受力特性，采用了变掺量的施工工艺。所谓变掺量即桩端、桩中段和桩顶的水泥掺入比相应于桩身应力而变化，即用不同的注浆提升速度和注浆次数来满足各桩段水泥掺入比的要求。对于土质条件比较复杂的区段，为了保证搅拌质量，在搅拌施工前先用轻便触探对全场场地进行钻探，根据钻探取出的土样划分各土层分界线，确定相应的注浆量。在成桩过程中，凡是由于电压过低或其他原因造成停机，使成桩工艺中断的，当搅拌机重新启动后，为了防止断桩，均将深层搅拌机下沉0.5m再继续成桩。

3.4 关键技术措施

1）从工程实施效果表明，鉴于水泥加固土除与被加固土性质、状态、水泥掺人比以及养护龄期等因素有关以外，还与所用水泥的质量密切相关。由于搅拌桩水泥掺人比的设计是以水泥加固土的室内试验为依据的，而施工现场所用的水泥牌号往往与室内试验所用的不同。因此实际工程所用的水泥强度能否达到设计的加固效果是质量检验的首要项目。为保证水泥加固土强度满足设计要求，当每批旌工用的水泥进场后，将事先准备好的土样，按设计配方制作成水泥土试块，进行短期（1、3、7d）的强度试验.试验满足要求的水泥方允许投入工程使用，试验不满足者根据具体情况进一步作水泥检验（包括强度和成分）或加大掺量使用。对本项目深层搅拌加固软土地基工程中使用的多种水泥共20余种，进行现场水泥加固土强度检验200余组。通过检验发现小窑325#水泥质量不稳定，加固效果不一，其中加固效果差的水泥，经检验都存在标号不足或含钙量偏低等问题。2）制桩质量控制。为了能有效地确保施工用水泥符合要求，决定搅拌桩质量的关键是注浆量和搅拌均匀程度。本项目搅拌加固工程施工现场有专人负责制桩记录，详细记录每根工程桩的施工工艺，质量检验员根据制桩记录，对照标准工艺对每根工程桩进行质量评定，对于不合格的工程桩由质检员根据具体情况（不合格桩位置、数量等），通过分析提出补救措施（补桩或加强附近的工程桩）。3）搅拌桩施工质量的现场检验。根据水泥土桩室内模型试验资料和水泥土桩工作原理分析，摩擦型水泥土搅拌桩的桩轴力自上而下逐渐减小，最大桩轴力位于桩顶两倍桩直径的深度范围内。由此推断，本项目施工现场搅拌工程桩最大的桩抽力应在桩顶3m范围内。但这部分受力较大的桩段却往往因缺少上疆土层压力或施工不慎而不密实或搅拌不匀，以至影响成桩质量。因此，搅拌桩质量检验的重点一般都放在桩头4m范围内。4）基槽开挖后验收。本项目的搅拌桩是根据基础荷载大小布桩，设计要求桩位误差不小于10cm，在填石层内遇到障碍物时也不得大于20am。搅拌桩施工时，由于各种因素的影响，有可能造成桩位偏离，但偏离程度只有在基槽开挖后才能准确测定，根据施工记录发现桩头质量有疑问的桩也只有在开挖后才能确认和加以补救。因此验收工作一般均在基槽开挖时进行。