袁內(nèi)鎮(zhèn)1，袁奕2

           （1. 湖北省勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)；2. 湖北天利建筑技術(shù)有限責(zé)任公司）

   【摘　要】  深層攪拌水泥土樁是應(yīng)用較廣泛的一種地基處理工藝，應(yīng)用中大多考慮了該工藝的優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、施工工藝、設(shè)計(jì)方法等方面所存在的問(wèn)題，則缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，從而導(dǎo)致不合理甚至盲目應(yīng)用的事例時(shí)有發(fā)生，有的造成了嚴(yán)重的質(zhì)量事故。本文就深層攪拌水泥土樁應(yīng)用中常見(jiàn)的主要問(wèn)題進(jìn)行了探討，供應(yīng)用中參考。

   【關(guān)鍵詞】  深層攪拌；　水泥土樁；　技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；　設(shè)計(jì)；　檢測(cè)；　復(fù)合地基。

    1.前言

    深層攪拌水泥土樁自上世紀(jì)八十年代在我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用以來(lái)，應(yīng)用領(lǐng)域得到很大的拓展，大量用于公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)的軟弱地基加固，深基坑工程中的支擋防滲工程，以及8層以下的多層建筑物的地基處理。根據(jù)我國(guó)國(guó)情開(kāi)發(fā)的價(jià)格低、機(jī)型輕便的攪拌機(jī)械，在軟土地基處理中發(fā)揮了很大的作用。目前除西藏、青海等省外，其余各省、市、自治區(qū)，包括臺(tái)灣在內(nèi)都有應(yīng)用的報(bào)道。

    在工程實(shí)踐中，由于我國(guó)攪拌機(jī)械的性能及施工監(jiān)控系統(tǒng)不夠完善，加上操作不認(rèn)真，設(shè)計(jì)理論不夠成熟，工程中出現(xiàn)了不少質(zhì)量事故。上世紀(jì)九十年代，上海市、江蘇省、天津市等先后發(fā)文，禁止在建筑物地基處理工程中使用干法工藝的深層攪拌水泥土樁——粉噴樁。武漢市也于1998年出臺(tái)了粉噴樁的設(shè)計(jì)。施工管理規(guī)定，對(duì)粉噴樁的適用范圍作了明確地限制，對(duì)設(shè)計(jì)、施工的主要問(wèn)題也進(jìn)行了說(shuō)明。

    鑒于該技術(shù)具備施工速度快，對(duì)環(huán)境影響小，可施工不同形狀的加固體等優(yōu)點(diǎn)，從事該項(xiàng)施工的人數(shù)和單位不斷增多，出于盈利的目的，商業(yè)性宣傳掩蓋了發(fā)生的問(wèn)題，同時(shí)也掩蓋了該工藝本身所存在的癥結(jié)，形成了簡(jiǎn)單地禁止使用或者盲目使用、勉強(qiáng)使用的兩個(gè)極端。為了深層攪拌水泥土樁技術(shù)的健康發(fā)展，有必要對(duì)一些主要問(wèn)題進(jìn)行深入探討。

    2.技術(shù)經(jīng)濟(jì)招標(biāo)問(wèn)題

    國(guó)內(nèi)大量應(yīng)用的攪拌樁樁徑多為500mm~700mm， 有單頭攪拌、二頭攪拌和多頭攪拌之分。用于特殊目的（如隔滲等）也可施工直徑1000mm左右的攪拌樁。樁長(zhǎng)可達(dá)20mm左右。為了降低造價(jià)，便于施工，水泥的摻入量大部分控制在15%左右。大量的工程實(shí)踐證明，在此種摻入比的情況下，在軟土中，樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（現(xiàn)場(chǎng)平均值）僅能保持在1.0MPa左右。常常形成樁身強(qiáng)度控制承載力，土的抗力不能完全發(fā)揮作用的不合理模式。

    按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002的有關(guān)規(guī)定，考慮試樁超載及使用中的安全度，樁體強(qiáng)度應(yīng)符合下式要求。

    式中fcu——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值；

    η——樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法可取0.20~0.30，濕法可取0.25~0.33；

    Up——樁身橫截面周長(zhǎng)；

    qs——樁園土摩阻力的加權(quán)平均值；

    L——樁長(zhǎng)；

    Ap——樁身橫截面積；

    α——樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4~0.6。

    取α=0.5，d=0.5m，η=0.25一般軟土中按 qs=12KPa，qp=150KPa計(jì)算，如下式：

fcu≥384L+300

    按（3）式計(jì)算不同樁長(zhǎng)可以充分發(fā)揮土抗力時(shí)樁身的強(qiáng)度值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

    表1　不同樁長(zhǎng)當(dāng)充分發(fā)揮土抗力時(shí)對(duì)應(yīng)的樁身強(qiáng)度值

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normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 25pt; TEXT-ALIGN: left; mso-line-height-rule: exactly; mso-pagination: widow-orphan; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto" align=left>3990

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    從表1中可以看出，除深厚超軟土地區(qū)及短樁（樁長(zhǎng)小于5m）外，目前施工水平所能保證的樁身強(qiáng)度（1MPa）遠(yuǎn)不能充分發(fā)揮土的抗力，形成了樁身強(qiáng)度嚴(yán)重制約承載力的不合理模式。Φ500mm樁當(dāng)樁身強(qiáng)度（現(xiàn)場(chǎng)平均值）為1MPa時(shí)，僅能提供98KN的單樁承載力特征值。

    為確保工程質(zhì)量，防止盲目設(shè)計(jì)，湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DB42/242—2003）規(guī)定了水泥土攪拌樁單樁承載力特征值不宜大于120KN，復(fù)合地基承載力特征值不宜超過(guò)180KPa。

    水泥土攪拌樁工藝的自身缺陷，較大樁徑所提供的承載力較小，加上攪拌樁上的條基或筏基又高于樁基承臺(tái)梁，因此，在許多情況下，其綜合造價(jià)往往高于夯擴(kuò)樁、沉管樁、預(yù)制樁或石灰樁及CFG樁復(fù)合地基。

    深層攪拌樁對(duì)樁端土處理不力，其端阻力僅能取樁端土承載力特征值的二分之一左右，當(dāng)樁端存在較好的土層時(shí)，不能有效地加以利用，此種情況下其它樁型的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

    綜上述，攪拌樁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在工業(yè)與民用建筑的地基處理中并不理想，但在控制沉降為主要目的的工程中（路基、堆場(chǎng)、地坪等軟基加固）則仍有用武之地。

    3.施工工藝的問(wèn)題

    我國(guó)的深層攪拌樁施工監(jiān)控系統(tǒng)不完善，鉆頭升降與供料系統(tǒng)非聯(lián)動(dòng)操作，加上堵管等影響，單位樁長(zhǎng)的供灰量不準(zhǔn)確，常常造成沿樁長(zhǎng)方向樁身強(qiáng)度過(guò)大的差異，不少樁身的芯樣不能成型，在收集到的100余根粉噴樁的抽芯檢測(cè)資料中，全樁樁身完整者僅3根，問(wèn)題不容忽視。

    深層攪拌樁利用原位土拌合，既有優(yōu)點(diǎn)又有弊病。眾所周知，水泥土強(qiáng)度與土質(zhì)的關(guān)系非常密切，同樣的摻入比，同樣的工藝在淤泥中和砂類(lèi)土中的水泥土強(qiáng)度可相差1倍以上。當(dāng)穿越不同土層時(shí)，很難避免樁身強(qiáng)度的差異，這種差異也制約攪拌樁的承載力。

    如前述，攪拌樁樁徑與承載力不匹配，大于Φ500mm的樁徑給基礎(chǔ)下布樁造成困難，在一定樁距條件下，它要求很寬的基礎(chǔ)，從而降低了經(jīng)濟(jì)效益，在大量采用條形基礎(chǔ)的多層建筑物下此種矛盾較為突出。

    深層攪拌機(jī)械是針對(duì)軟土設(shè)計(jì)的，但在軟土處理中往往要穿透一定厚度的強(qiáng)度較高的土層，或要進(jìn)行復(fù)攪時(shí)，目前的機(jī)械往往不能勝任，這也限制了該技術(shù)的發(fā)展。

    4.設(shè)計(jì)方法的問(wèn)題

    由于水泥土樁的變形模量一般為其無(wú)測(cè)限抗壓強(qiáng)度的120~150倍，高達(dá)100MPa以上，其應(yīng)用的環(huán)境又為軟土，因此樁土模量比大多超過(guò)50，規(guī)范中規(guī)定按樁基的設(shè)計(jì)原理計(jì)算單樁承載力是合理的。

    但是，如前所述，由于單樁承載力很小，在軟土中要取得較理想的復(fù)合地基承載力，只得采取增加樁數(shù)，即加大置換率的辦法。據(jù)筆者統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)的深層攪拌樁的置換率在20%以上，樁中心距僅能保持在二倍樁徑左右。深層攪拌樁多為摩擦樁或端承摩擦樁，在小樁距下其測(cè)阻力的群樁效應(yīng)不容忽視，在軟土中的攪拌群樁呈塊體深基礎(chǔ)形態(tài)。此時(shí)簡(jiǎn)單地套用規(guī)范中的規(guī)定，以單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的結(jié)果為依據(jù)，忽略群樁樁端土的強(qiáng)度和變形問(wèn)題，是十分危險(xiǎn)的。

    上述問(wèn)題表現(xiàn)在沉降計(jì)算中更令人擔(dān)憂。按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79—2002第11.2.9條規(guī)定“……樁端以下未加固土層的壓縮變形S可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算?！睏l文說(shuō)明中明確了“下臥層變形按天然地基采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算”。上述規(guī)定在浙江等地區(qū)的一般軟土中，特別是樁端進(jìn)入稍好的土層時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差不遠(yuǎn)，對(duì)于武漢地區(qū)湖相沉積的超軟土——淤泥，當(dāng)攪拌樁未穿透厚層淤泥，呈“懸浮 ”狀態(tài)時(shí)，計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于建筑物實(shí)際沉降量，由此造成了數(shù)十憧建筑物大量下沉、傾斜，沉降量大多超過(guò)300mm且未穩(wěn)定，傾斜率也超過(guò)危房標(biāo)準(zhǔn)的7‰。

    5.檢測(cè)方法的問(wèn)題

    復(fù)合地基及單樁承載力檢驗(yàn)采用靜載荷試驗(yàn)的方法。由于壓板尺寸的限制及樁身的可壓縮性，其影響深度不大，試驗(yàn)結(jié)果不能完全代表加固深度范圍內(nèi)復(fù)合土層及樁身質(zhì)量的實(shí)際狀況。

    特別是水泥土樁樁身完整性及強(qiáng)度的檢測(cè)，目前尚未找到有效的檢測(cè)途徑。規(guī)范中提出成樁3天內(nèi)用輕型動(dòng)力觸探（N10）檢查樁身的均勻性，實(shí)施中有時(shí)難以貫入。采用低應(yīng)變檢測(cè)樁身質(zhì)量，目前無(wú)試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，亦不可行。采用鉆芯法時(shí)，由于粉噴樁樁中心存在噴灰盲區(qū)，樁身橫截面實(shí)際為200mm厚的園環(huán)狀（Φ500mm樁），在環(huán)狀截面中鉆芯，鉆頭常偏出樁外，加之鉆頭的擾動(dòng)，芯樣大多不能成型，使鉆芯法也難以準(zhǔn)確評(píng)定樁身質(zhì)量和水泥土強(qiáng)度，以上問(wèn)題給工程的檢查驗(yàn)收工作帶來(lái)了困難。

    6.幾點(diǎn)建議

    6.1　用于多層建筑地基處理時(shí)，可將樁徑縮小至Φ350mm~Φ400mm，同時(shí)增加水泥摻量，提高樁身強(qiáng)度?？s小了直徑的樁有利于發(fā)揮測(cè)阻力，可以保持較大樁距，減少群樁效應(yīng)的折減，減少基礎(chǔ)寬度。

    6.2　在基礎(chǔ)與樁頂間設(shè)置100mm~300mm厚的砂石墊層，充分調(diào)動(dòng)樁間土的承載力，同時(shí)避免樁頭破損。在深厚軟土區(qū)、墊層厚度可加大至500mm以上，利用墊層的擴(kuò)散作用，加大軟土的受力面積，從而可將攪拌樁布置在基礎(chǔ)以外。此時(shí)樁距可加大至3d以上，減少群樁效應(yīng)。此種措施在樁端持力層較軟弱時(shí)（即所謂懸浮樁），可有效地減少沉降。

    6.3　在淤泥等軟土中，當(dāng)樁距較小時(shí)，復(fù)合地基呈等代實(shí)體的深基效應(yīng)，沉降計(jì)算應(yīng)按樁基驗(yàn)算。湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》DB42/242—2003第7.3.10條規(guī)定了具體的計(jì)算方法，這個(gè)計(jì)算方法是通過(guò)實(shí)際工程的驗(yàn)證得出的。

    6.4　為了減少地基沉降，可將部分?jǐn)嚢铇都娱L(zhǎng)，最好打至較好的土層。在深層軟土中采用懸浮樁時(shí)，除增加墊層厚度外，宜將部分樁加長(zhǎng)，這些加長(zhǎng)樁的樁距宜大于4.5d。超長(zhǎng)部分的樁測(cè)阻力將減少短樁樁端的附加壓力，減少沉降。

    6.5　加強(qiáng)施工監(jiān)控系統(tǒng)的研制，提高工法的技術(shù)含量。

    6.6　進(jìn)行固化劑研究，提高樁身強(qiáng)度。

    6.7　攪拌樁樁身質(zhì)量及完整性的檢測(cè)，應(yīng)研制檢測(cè)設(shè)備。在目前的水平下，建議以單樁靜載試驗(yàn)為主，可輔以挖開(kāi)及鉆芯檢查，鉆芯結(jié)果只能作為參考，不能作評(píng)定依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)水泥土強(qiáng)度檢驗(yàn)，最好挖開(kāi)樁頭及樁頭以下一定深度，人工取樣進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。