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【摘要】水泥土搅拌桩加固技术从发明到现在，其历史不过短短几十年，加固机理仍存在不完善的地方，仍处在探讨研究之中。水泥土搅拌桩复合地基，由于其经济效益显著，施工便捷而又无环境污染，被广泛应用于各类工程实践中。本文在总结水泥搅拌桩处理软基研究成果的基础上，进一步分析了水泥搅拌桩加固软土地基的机理。在此基础上，通过工程实例为水泥土桩复合地基在济南软土地区的设计及施工提供参考。
【关键词】水泥土搅拌桩；复合地基；承载力
0.前言
随着我国工业布局和城市发展的规划，越来越多的建筑将建在地基条件较差的场地，建在软土地基上的建筑物将越来越多，作为加固饱和软土地基的一种方法，水泥土搅拌桩基础利用水泥作为固化剂，通过特制的机械，将软土和水泥强制搅拌，利用水泥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。这种方法的出发点是最大限度地利用了原土，相比较处理软土地基的其它方法，该方法具有施工方便、费用低廉、加固软土较深等优点越来越受到人们的重视。
1.水泥土搅拌桩复合地基的工程特性
1.1复合地基
复合地基，一般可认为由两种刚度(或模量)不同的材料(桩体或桩间土)所组成，在相对刚性基础下两者共同分担上部荷载并协调变形。其研究方法经常是在众多根桩所加固的地基中，选取一根桩及其影响的桩周土所组成的单元体作为研究对象。组成复合地基中增强体的材料不同，施工方法不同，则复合地基的作用也不同。综各类复合地基的作用，主要有下面六个方面:（1）桩体作用；（2）垫层作用；（3）加速固结作用；（4）挤密作用；（5）加筋作用；（6）其他作用。
1.2水泥土搅拌桩的加固机理
通过水泥与软土的搅拌从而加固软土的机理与混凝土的硬化机理有一定的区别，混凝土的硬化主要是水泥在粗填料(如碎石、中粗砂等)中进行的水解和水化作用，它们的凝结速度很快，强度提高得也快。而相比较而言，水泥土中，由于水泥的掺量很小(一般小于被加固土体的15%)，水泥与土的混合也不充分，而粘土的比表面积较大且具有一定的活性；这样水泥土的硬化速度缓慢而且过程也复杂得多。目前对水泥土加固土的机理，一般认为有包括三个过程：（1）水泥的水解和水化反应。这一反应离不开水，如果天然土的含水量过低而又采用干法(喷粉)施工，不但施工难度大，而且水泥不能得到充分的水解和水化反应，势必会影响水泥土的加固效果。（2）粘土颗粒与水泥水化物的作用。包括凝硬作用和离子交换作用，这一反应过程也取决于水泥水化反应的程度，与适当的含水量有关。（3）碳酸化作用。从水泥加固土的作用机理分析来看，水泥加固土的强度主要来自于水泥水化物的胶结作用。从施工工艺来看，水泥搅拌桩中不可避免会存在原状土块和水泥团块，其大小与强制搅拌的程度有关。强制搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土的结构强度离散性就越小，其宏观的总体强度也就越高。
2.水泥土搅拌桩复合地基在实际工程中的应用
本文结合济南某工程基础设计，对水泥土搅拌桩复合地基在工程中的应用加以分析讨论。
2.1工程概况
场地工程地质条件：场地内第2层为粉质粘土，在该层中部，下部普遍存在褐黄色粘土夹层，该层基本位于地下水位线以下，标准贯入击数普遍较低，土的压缩系数较大，为中等～高压缩性土，该层分布比较均匀，但是其地基强度，压缩性等工程特性指标差；第3层为粉土，稍～中密，褐黄～灰黄色，底部为灰色，振动析水。该层局部分布浅灰～灰黄色软塑粘土薄层。分布较为均匀，起伏较小；第4层为淤泥质粘土：浅灰色，软～流塑，含有机质，土的压缩系数大，为高压缩性土，该层分布比较普遍，厚度较薄，为持力层的软下卧层；第5层为粘性土层：灰～灰褐色，硬塑，顶层普遍分布深灰色可～硬塑粘土薄层，含有较多的有机质，腐蚀质，碎贝壳该层土的压缩系数中等，该层分布比较均匀，厚度较大，其地基强度，压缩性等工程特性指标好。
2.2水泥土搅拌桩的设计
2.2.1桩长的设计
理论上，有效桩长可定义为：在竖向荷载作用下桩侧摩阻力沿桩长递减，当桩身足够长且具有足够的截面承载力时，桩上部桩侧摩阻力达到极限，而桩下部某处的侧摩阻力还为零，那么这个深度就是水泥土搅拌桩的有效桩长。工程上的定义为：工程一般利用桩的刚度达到无限桩长刚度的90%时的桩长，或者取桩身轴力占荷载的10%处的深度，近似认为单桩的有效桩长。本工程暂按设计桩长8米。桩底的持力层为第五层粘土层，在施工过程中，有个别桩桩底在第四层，达不到第五层，为保障工程质量，根据现场施工情况，有两栋楼的桩长改为了9m，比计算的最优桩长增加了1m。
2.2.2承载力设计
竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基载荷试验确定，初步设计时设计桩长取8米，桩径取济南当地常用的600mm，置换率按常用的m=0.2计算，依据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002计算复合地基承载力设计承载力特征值180Kpa。
2.2.3布桩形式的选择及加固范围的确定
搅拌桩的布桩形式对加固效果有较大的影响，根据拟建工程地质条件、上部结构的荷载要求以及现阶段深层搅拌法的施工工艺和设备，搅拌桩一般采用柱状、壁状、格栅状和块状四种布桩形式。
2.3水泥土搅拌桩的施工
2.3.1施工前的试验
采用水泥土搅拌桩加固软土地基，在我国的使用不过二十多年的时间，其加固机理，设计理论，施工工艺等均不是很完善；同时各地的地质条件、地基土的性质等均有差别。采用水泥土加固软土前进行相关室内试验、原位测试和施工工艺验是必须的。
2.3.2施工过程质量控制
在预搅工程中，要使软土完全预搅破碎，以利于同水泥浆均匀搅拌。在水泥浆搅拌时，要严格按设计的配合比配置，要预先筛除水泥中的结块，时要防止水泥浆发生离析，要在水泥浆搅拌机中充分搅动，在压浆前才缓慢地倒入集料斗中。
2.3.3成桩后的质量检验
为保证水泥土搅拌桩的施工质量，首先应根据施工的原始记录，查看是否符合规范，从源头上确保施工的质量。开挖检验:根据工程设计要求，选取一定数量的桩体进行开挖，可以直接检查加固桩体的外观，从而对水泥浆与软土的拌和状态、均匀性、整体性有较感性的认识。
3.结论
本文结合济南某工程实例，主要对水泥土搅拌法加固机理、设计和施工、质量控制和检验等方面做了一个简要介绍，并得到了一些有益的结论。（1）在济南的西部软土地区，用浆喷方式的搅拌桩质量比较稳定，本文使用的复合地基承载力安全可靠，桩长取7~9米的情况下，复合地基的承载力可达到150KPa~180KPa。（2）影响水泥土桩复合地基质量的因素很多，经过工程实践，上部的1/3段进行复喷复搅是非常有效的。控制拔管的速度，并应高出设计桩顶标高一定的高度，以确保工程桩的质量。（3）对于水泥土复合地基质量的监测和检测，除了载荷试验方法外，还有一些相对简单经济的方法，如静力触探法、动力触探法、钻探取芯法、开挖目测法以及小应变测试法等，各种方法均有一定适用条件和局限性，在工程实践中，要综合利用以上方法。 [科]
【关键词】水泥土搅拌桩；复合地基；承载力
0.前言
随着我国工业布局和城市发展的规划，越来越多的建筑将建在地基条件较差的场地，建在软土地基上的建筑物将越来越多，作为加固饱和软土地基的一种方法，水泥土搅拌桩基础利用水泥作为固化剂，通过特制的机械，将软土和水泥强制搅拌，利用水泥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。这种方法的出发点是最大限度地利用了原土，相比较处理软土地基的其它方法，该方法具有施工方便、费用低廉、加固软土较深等优点越来越受到人们的重视。
1.水泥土搅拌桩复合地基的工程特性
1.1复合地基
复合地基，一般可认为由两种刚度(或模量)不同的材料(桩体或桩间土)所组成，在相对刚性基础下两者共同分担上部荷载并协调变形。其研究方法经常是在众多根桩所加固的地基中，选取一根桩及其影响的桩周土所组成的单元体作为研究对象。组成复合地基中增强体的材料不同，施工方法不同，则复合地基的作用也不同。综各类复合地基的作用，主要有下面六个方面:（1）桩体作用；（2）垫层作用；（3）加速固结作用；（4）挤密作用；（5）加筋作用；（6）其他作用。
1.2水泥土搅拌桩的加固机理
通过水泥与软土的搅拌从而加固软土的机理与混凝土的硬化机理有一定的区别，混凝土的硬化主要是水泥在粗填料(如碎石、中粗砂等)中进行的水解和水化作用，它们的凝结速度很快，强度提高得也快。而相比较而言，水泥土中，由于水泥的掺量很小(一般小于被加固土体的15%)，水泥与土的混合也不充分，而粘土的比表面积较大且具有一定的活性；这样水泥土的硬化速度缓慢而且过程也复杂得多。目前对水泥土加固土的机理，一般认为有包括三个过程：（1）水泥的水解和水化反应。这一反应离不开水，如果天然土的含水量过低而又采用干法(喷粉)施工，不但施工难度大，而且水泥不能得到充分的水解和水化反应，势必会影响水泥土的加固效果。（2）粘土颗粒与水泥水化物的作用。包括凝硬作用和离子交换作用，这一反应过程也取决于水泥水化反应的程度，与适当的含水量有关。（3）碳酸化作用。从水泥加固土的作用机理分析来看，水泥加固土的强度主要来自于水泥水化物的胶结作用。从施工工艺来看，水泥搅拌桩中不可避免会存在原状土块和水泥团块，其大小与强制搅拌的程度有关。强制搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土的结构强度离散性就越小，其宏观的总体强度也就越高。
2.水泥土搅拌桩复合地基在实际工程中的应用
本文结合济南某工程基础设计，对水泥土搅拌桩复合地基在工程中的应用加以分析讨论。
2.1工程概况
场地工程地质条件：场地内第2层为粉质粘土，在该层中部，下部普遍存在褐黄色粘土夹层，该层基本位于地下水位线以下，标准贯入击数普遍较低，土的压缩系数较大，为中等～高压缩性土，该层分布比较均匀，但是其地基强度，压缩性等工程特性指标差；第3层为粉土，稍～中密，褐黄～灰黄色，底部为灰色，振动析水。该层局部分布浅灰～灰黄色软塑粘土薄层。分布较为均匀，起伏较小；第4层为淤泥质粘土：浅灰色，软～流塑，含有机质，土的压缩系数大，为高压缩性土，该层分布比较普遍，厚度较薄，为持力层的软下卧层；第5层为粘性土层：灰～灰褐色，硬塑，顶层普遍分布深灰色可～硬塑粘土薄层，含有较多的有机质，腐蚀质，碎贝壳该层土的压缩系数中等，该层分布比较均匀，厚度较大，其地基强度，压缩性等工程特性指标好。
2.2水泥土搅拌桩的设计
2.2.1桩长的设计
理论上，有效桩长可定义为：在竖向荷载作用下桩侧摩阻力沿桩长递减，当桩身足够长且具有足够的截面承载力时，桩上部桩侧摩阻力达到极限，而桩下部某处的侧摩阻力还为零，那么这个深度就是水泥土搅拌桩的有效桩长。工程上的定义为：工程一般利用桩的刚度达到无限桩长刚度的90%时的桩长，或者取桩身轴力占荷载的10%处的深度，近似认为单桩的有效桩长。本工程暂按设计桩长8米。桩底的持力层为第五层粘土层，在施工过程中，有个别桩桩底在第四层，达不到第五层，为保障工程质量，根据现场施工情况，有两栋楼的桩长改为了9m，比计算的最优桩长增加了1m。
2.2.2承载力设计
竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基载荷试验确定，初步设计时设计桩长取8米，桩径取济南当地常用的600mm，置换率按常用的m=0.2计算，依据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002计算复合地基承载力设计承载力特征值180Kpa。
2.2.3布桩形式的选择及加固范围的确定
搅拌桩的布桩形式对加固效果有较大的影响，根据拟建工程地质条件、上部结构的荷载要求以及现阶段深层搅拌法的施工工艺和设备，搅拌桩一般采用柱状、壁状、格栅状和块状四种布桩形式。
2.3水泥土搅拌桩的施工
2.3.1施工前的试验
采用水泥土搅拌桩加固软土地基，在我国的使用不过二十多年的时间，其加固机理，设计理论，施工工艺等均不是很完善；同时各地的地质条件、地基土的性质等均有差别。采用水泥土加固软土前进行相关室内试验、原位测试和施工工艺验是必须的。
2.3.2施工过程质量控制
在预搅工程中，要使软土完全预搅破碎，以利于同水泥浆均匀搅拌。在水泥浆搅拌时，要严格按设计的配合比配置，要预先筛除水泥中的结块，时要防止水泥浆发生离析，要在水泥浆搅拌机中充分搅动，在压浆前才缓慢地倒入集料斗中。
2.3.3成桩后的质量检验
为保证水泥土搅拌桩的施工质量，首先应根据施工的原始记录，查看是否符合规范，从源头上确保施工的质量。开挖检验:根据工程设计要求，选取一定数量的桩体进行开挖，可以直接检查加固桩体的外观，从而对水泥浆与软土的拌和状态、均匀性、整体性有较感性的认识。
3.结论
本文结合济南某工程实例，主要对水泥土搅拌法加固机理、设计和施工、质量控制和检验等方面做了一个简要介绍，并得到了一些有益的结论。（1）在济南的西部软土地区，用浆喷方式的搅拌桩质量比较稳定，本文使用的复合地基承载力安全可靠，桩长取7~9米的情况下，复合地基的承载力可达到150KPa~180KPa。（2）影响水泥土桩复合地基质量的因素很多，经过工程实践，上部的1/3段进行复喷复搅是非常有效的。控制拔管的速度，并应高出设计桩顶标高一定的高度，以确保工程桩的质量。（3）对于水泥土复合地基质量的监测和检测，除了载荷试验方法外，还有一些相对简单经济的方法，如静力触探法、动力触探法、钻探取芯法、开挖目测法以及小应变测试法等，各种方法均有一定适用条件和局限性，在工程实践中，要综合利用以上方法。 [科]