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1、刚性桩-水泥土土搅拌桩桩在软土土地基中中的应用用摘要：由由刚性桩桩、水泥泥土搅拌拌桩及桩桩间土组组成的复复合地基基，其承承载力是是由桩和和桩间土土共同分分担的，通通过刚性性桩和水水泥土搅搅拌桩的的施工，实实现对桩桩间土的的挤密加加固，可可充分发发挥和利利用地基基土的承承载潜力力，有效效地解决决软土地地基承载载力不足足的问题题。 关键词：刚性桩桩 水泥泥土搅拌拌桩 复复合地基基 合模模量 承承载力 1 概述述近年年来，地地基处理理技术得得到快速速发展，地地基处理理技术的的发展不不仅反映映在机械械、材料料、设计计理论、施施工工艺艺、现场场监测技技术以及及地基处处理新方方法的不不断更新新和进步步等方
2、面面，而且且反映在在多种地地基处理理方法的的综合应应用方面面。鉴于竖竖向增强强体复合合地基中中桩的承承载能力力和变形形特性不不同，地地基处理理的技术术效果和和适用范范围均不不相同，刚刚性桩水泥土土搅拌桩桩复合地地基结合合柔性桩桩复合地地基和刚刚性复合合地基的的特点，以以充分发发挥其各各自的优优势，大大幅度提提高地基基承载力力，减少少地基沉沉降，从从而取得得良好的的技术效效果和经经济效益益。2 复合合地基设设计思想想2.1 设计的的基本思思路采用用由刚性性桩、水水泥土搅搅拌桩和和桩间土土组成的的复合地地基，主主要从以以下几个个方面1考考虑：当竖向向荷载施施加 于于桩顶时时，桩身身的上部部受到压压
3、缩发生生相对于于土的向向下位移移，桩周周土在桩桩侧界面面上形成成向上的的摩阻力力；荷载载沿桩身身向下传传递过程程中不断断克服摩摩阻力并并通过它它向土中中扩 散散，因而而桩身的的轴力沿沿着深度度逐渐减减小，在在桩端处处与桩底底反力相相平衡；与此同同时，桩桩端持力力层在桩桩端压力力作用下下产生压压缩，使使桩身下下沉，桩桩与桩间间土的相相对位移移又使 摩阻力力进一步步发挥。随随着桩顶顶荷载的的逐渐增增加，上上述过程程周而复复始地进进行，直直到变形形稳定为为止。由由于桩身身压缩量量的累积积，上部部桩身位位移总是是大于下下部，因因此上部部摩阻 力总是是先于下下部发挥挥，桩侧侧摩阻力力达到极极限后就就保持
4、不不变，继继续增加加的荷载载就完全全由桩端端持力层层承受，当当桩底荷荷载达到到桩端持持力层的的极限承承载力时时，桩便便发生急急剧 的的、不停停滞的下下沉而破破坏。因因此，增增强桩身身上部桩桩侧土的的结构强强度，对对提高桩桩的承载载力、改改善桩的的变形特特性具有有现实意意义。水泥土土搅拌桩桩加固软软土地 基改善善软土的的固结特特性。通通常水泥泥土的压压缩曲线线表现出出明显的的超固结结特性，可可近似地地认为水水泥土桩桩体不存存在固结结现象，而而只有弹弹性的桩桩身压缩缩。水泥泥土搅拌拌桩加固固深 厚厚软土地地基一般般不会贯贯穿整个个软土层层，由此此形成的的加固层层和下卧卧层软土土的固结结特性仍仍可用
5、双双层地基基一维固固结理论论来分析析。从固固结机理理来看，加加固层渗渗透性极极低的水水泥 土土搅拌桩桩（比原原状土低低3到44个数量量级22）设设置减小小下卧层层软土的的排水固固结；同同时加固固层竖向向附加应应力向水水泥土搅搅拌桩集集中而使使桩间土土所受应应力大大大减小，孔孔隙压力力也大为为降低，因因此在下下卧层软软土和加加固层桩桩间土之之间形成成较大的的孔隙压压力差，加加快下卧卧层软土土的固结结。水泥土土搅拌桩桩改善天天然软土土的性质质。流塑塑态软粘粘土拌入入固化剂剂后形成成的加固固土呈坚坚硬状态态。粘聚聚力和内内摩擦角角较原状状土增加加，其抗抗压、抗抗剪强度度、变形形模量等等指标分分别比天
6、天然软土土提高数数十倍至至数百倍倍。当固固化剂掺掺入比w5%时，加加固土无无侧限抗抗压强度度qu可达550040000kPPa，相应应抗拉强强度11=(00.1550.25)qu，粘聚聚力c=(0.200.3)qu，摩擦擦角变变化于22030之间，变变形模量量E500=(11201500)quu。加固固土强度度随固化化剂掺入入比、水水泥标号号和加固固土龄期期的增加加而提高高。随着着水泥掺掺量的增增加抗渗渗系数由由原状土土的100-7/s下降降为（110-77100-111）/s数量量级。桩、土土复合构构成的地地基形成成了平面面及竖向向合适的的刚度级级配梯度度和三维维共同工工作的应应力状态态，达
7、到到对天然然地基承承载力的的有效补补强，满满足设计计要求，减减少地基基的沉降降。长刚性性桩、短短水泥土土搅拌桩桩的布置置，形成成三层地地基刚度度，符合合天然地地基土层层浅弱深深强的规规律以及及地基应应力传递递特征，同同时长刚刚性桩可可以进入入深层良良好土层层，减少少复合地地基的沉沉降。复合地地基与上上部结构构通过褥褥垫层的的柔性连连接，在在水平荷荷载作用用下，有有效地传传递垂直直荷载。复合地基与上部结构柔性连接的褥垫层调整复合地基的桩土荷载分配，发挥土体的承载能力特别是浅层土体的承载作用；垫层的作用归纳为：保证桩体和桩间土共同承担荷载，在上部荷载作用下，桩体一定程度“剌入”褥垫层中，充分发挥桩
8、间土作用。在实测的复合地基桩体和桩间土时程曲线（给定荷载下）中，桩、土受力始终为一常数；调整桩、土荷载分担比，垫层越厚，桩间土承担的荷载越多；荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。因此调整垫层厚度可调整桩土荷载分担比，反之根据桩土应力的要求来确定垫层的厚度； 缓解基础底面的应力集中，桩顶对应的基础应力与桩间土对应的基础底面应力之比随垫层厚度的变化而变化；据研究：当垫层厚度大于10时，桩对基础底面产生 的应力集中已明显降低；当垫层厚度为30时，n只有1.2左右； 调整桩土水平荷载的分配，未设置褥垫层时，水平荷载主要由桩承担。随着褥垫层的设置和增厚，桩顶承受的水平荷载逐渐变小。当褥垫层厚
9、度大到一定程度时， 水平荷载主要由桩间土承担，桩体发生水平折断的可能性减小，桩在复合地基中失去工作能力的机会减小。褥垫层的设置，复合地基中桩体存在向上的剌入变形，阻止桩间土的变形。2.2 复合地地基承载载力计算算刚性性桩水水泥土搅搅拌桩复复合地基基承载力力计算的的思路：由天然然地基和和刚性桩桩复合形形成复合合地基，视视为一种种新的等等效天然然地基，其其承载力力特征值值为fspkk1。将等效效天然地地基和水水泥土搅搅拌桩复复合形成成复合地地基，求求得复合合地基承承载力即即刚性桩桩水泥泥土搅拌拌桩复合合地基承承载力。具体推导如下3：天然然地基 形成复复合地基基，求得得复合地地基承载载力即刚刚性桩水
10、泥土土搅拌桩桩复合地地基承载载力。具体体推导如如下33： 天然然地基土土的承载载力特征征值为ffak。刚刚性桩的的断面面面积为AApl，平平均面积积置换率率为m1，单桩桩承载力力特征值值为Ral，则则刚性桩桩和天然然地基形形成的复复合地基基承载力力特征值值为式中中：1为桩间间土承载载力提高高系数，与与土性和和刚性桩桩成桩工工艺及桩桩径、桩桩距等有有关。对对非挤土土成桩工工艺，1=1；1为桩间间土承载载力发挥挥系数，一一般11。水泥泥搅拌桩桩的断面面面积为为Ap2，平平均面积积置换率率为m2，单桩桩承载力力特征值值为Ra2。水水泥土搅搅拌桩与与承载力力特征值值为fspkk1的等等效天然然地基复复
11、合后的的承载力力，即式中中：fspkk为刚性性桩水水泥土搅搅拌桩复复合地基基承载力力特征值值；2为桩间间土承载载力提高高系数，与与土性和和刚性桩桩成桩工工艺及桩桩径、桩桩距有关关。对非非挤土成成桩工艺艺，2=1；2为桩间间土承载载力发挥挥系数，一一般21。2.3 复合地地基的复复合模量量复合合模量表表征的是是复合土土体抵抗抗变形的的能力。由由于复合合地基是是由土和和增强体体（桩）组组成，复复合模量量与土和和桩的模模量密切切相关。确确定刚性性桩水水泥土搅搅 拌桩桩复合地地基复合合模量的的基本方方法为：按单一一桩型复复合地基基复合模模量确定定方法求求得天然然地基和和刚性桩桩所形成成复合地地基的复复
12、合模量量，并将将其视为为一等效效天然地地基； 按单单一桩型型复合地地基确定定方法，求求得等效效天然地地基和水水泥土搅搅拌桩形形成复合合地基的的复合模模量即为为刚性桩桩水泥泥土搅拌拌桩复合合地基的的复合模模量。图11为刚性性桩水水泥土搅搅拌桩复复合地基基示意图图，刚性性桩桩长长L2，水泥泥土搅拌拌桩桩长长L1。范围围为加固固区A1，（L2L1）范围围为加固固区A2。L1以下为为非加固固区A3，计算算深度范范围内共共分五个个土层，各各层天然然地基土土压缩模模量分别别为Es1，Es2，Es3，Es4，Es5，刚刚性桩和和天然地地基形成成复合地地基后的的面积置置换率为为m1，第1层土天天然地基基承载力
13、力特征值值为fak，刚刚性桩加加固后复复合地基基承载力力特征值值为fspkk1，模模量提高高系数1= fsppk1/fakk，桩长长为L2的水泥泥土搅拌拌桩复合合地基面面积置换换率为mm2（计算算时不考考虑刚性性计的存存在），复复合地基基承载力力特征值值为fspkk，则桩桩长L2范围内内模量提提高系数数为2=fsppk/ fsppk1。文文献33提出出多桩型型复合地地基的复复合模量量计算方方法；由由此可推推得刚性性桩水水泥土搅搅拌桩的的复合模模量，加加固区AA1模量提提高系数数为=fsppk/ffak。加固区区A2模量提提高系数数为1，非加加固区AA3模量不不变。图1 刚性桩桩水泥泥土搅拌拌桩
14、复合合地基示示意图Fig.1 NNigiid ppileedeeep mixxingg piile commpossitee foounddatiion2.4 刚性桩桩水泥泥土搅拌拌桩复合合地基检检测桩身身质量检检测，可可依照各各类桩的的检测方方法分别别进行检检测，如如刚性桩桩可采用用低应变变检测，水水泥土搅搅拌桩可可采用轻轻便触探探或抽芯芯检测。对于 一般的复合地基加固效果检测，建筑地基处理技术规范(JGJ792002)规定采用复合地基静载荷试验，单桩复合地基载荷试验的承压板 可用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理
15、面积确定。在确定刚性桩水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值时，当QS曲 粘土20.9034.5014020450圆砾26.8535.50220301000淤泥质粘土25.8035.9010013砾石31.40300451500 (a)水泥土搅拌桩QS曲线 (b)PTC及复合地基QS曲线 图2 静载试验曲线图 Fig.2 Loading test curves3.2预制桩水泥土搅拌桩复合地基某地下水池工程，场地岩土主要工程特性指标如表2。地基采用水泥土搅拌桩复合地基，桩径500，桩长16.0m，按10001000mm纵横双向均匀布置，设计单桩竖向承载力标准值不小于150kN，单桩复合地基承载力标准值
16、不小于180kPa；施工后抽检8根桩进行载荷试验，水泥土搅拌桩单桩或单桩复合地基承载力标准值均未达到设计要求。表2 场地的岩土主要工程特性指标Table 2 Physical and mechanical parameters of the soil qs/kPaqp/kPa粘土903.512淤泥451.06粘土粘土混碎石1551804.56.520257001100采用预制钢筋砼桩加固，桩身截面200200，砼强度C30，主筋416，箍筋6200；桩长20m，分五段浇制，底段带桩靴。桩段间用焊接法接桩(或硫磺胶泥)；布桩采用每4根水泥土搅拌桩间插入1根预制桩，形成复合地基；在桩顶铺设一层厚为
17、350mm的天然级配卵石垫层，改良地基中桩土荷载分配，充分发挥地基土的承载力。施工完毕后，选择4组复合地基进行静荷载试验；结果见图3，试验得到的复合地基承载力标准值均大于200kPa。(a)水泥土搅拌桩QS曲线 (b)预制桩水泥土搅拌桩QS曲线图3 复合地基静载试验曲线图Fig.3 Loading test curves of the composite foundation4 结束语 刚性桩水泥土搅拌桩所形成的复合地基可得到较高的复合地基承载力，改善地基的平面刚度组合与竖向刚度梯度，提高桩间土的参与作用，使复合地基承载力大幅度提高；减少复合地基的沉降量，具有较好的技术和经济效益； 刚性桩水泥
18、土搅拌桩组成的复合地基，其承载力发挥与桩的类别、强度、长度、置换率、桩端土及桩间土的类别及强度有关； 刚性桩水泥土搅拌桩复合地基静载荷检测时，其压板宜采用方形或矩形，尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定；参考文献1 徐新跃,陈建忠.预应力管桩水泥土搅拌桩组合法加固软土地基J.岩土工程师，2003,15(1)2 周国钧,胡同安,黄新.水泥系深层搅拌法试验研究回顾J.工业建筑，1994，24(9)3 闫明礼,王明山,闫雪峰,张东刚.多桩型复合地基设计计算方法探讨J.岩土工程学报,2003.25(3)曲线上有有明显的的比例极极限时，而而其值不不小于对对应比例例界限的的2倍，可可取比例例界限；当其值值小
19、于对对应比例例界限的的2倍时，可可取极限限荷载的的一半；当QS曲线线是平缓缓的光滑滑曲线时时，可按按相对变变形值确确定；即即取沉降降比s/b或s/dd等于0.0066所对应应的压力力。 3 现场场静载荷荷试验3.1 PTCC水泥泥土搅拌拌桩复合合地基某教教学楼工工程，地地基土物物理力学学指标如如表1。工程程采用PPTC水泥土土搅拌桩桩复合地地基，PPTC桩桩径5500，桩桩长377m，桩桩端进入入层砾石石；水泥泥土搅拌拌桩桩径径5000，桩桩长155m，桩桩端进入入层淤泥泥质粘土土，1根PTCC与4根水泥泥土搅拌拌桩组合合成一个个处理单单元；现现场静载载试验QQS曲曲线如图图2。表1 地层层的物理理力学指指标Tablle2 Phhysiicall annd mmechhaniicall paarammeteers of thee sooil土层层顶标高高/mfk/kkPaqs/kkPaqp/ kPaa粘土6511淤泥1.0001.50505.5淤泥质质粘土21.550227.8808011圆砾28.660229.3302203010000淤泥质质粘土30.11