水泥土搅拌桩承载力计算方法探讨

黄建波黄正刚

摘要：搅拌桩工法的成败直接决定制桩质量的优劣，搅拌桩产生质量问题的原因是施工成桩工艺不合理，管理混乱，规范缺乏有效的桩身全长质量检测方法，设计上采用室内拌制的水泥土强度而没有考虑现场桩身的实际强度较低的情况。建议在现有计算中再增加一项按现场水泥土强度设计。它可解决室内拌制的水泥土强度太高而现场强度极低的问题，避免室内理论设计和现场施工质量脱节的弊病。

关键词：搅拌桩工法；检测方法；设计；室内水泥土强度；现场水泥土强度

Abstract: mixing pile construction methods directly determine the success or failure of the quality of pile, the disadvantages mixing pile produce quality problem is the cause of the pile construction process is not reasonable, management confusion, regulate the lack of effective pile body length of quality inspection method, the design of the mixing of indoor soil-cement without taking into account the actual strength of the pile body lower. Advice to increase in existing calculation according to the scene a water soil strength design. It can solve the mixing of indoor soil-cement is too high and the intensity is low, avoid indoor theory design and site construction quality separation of the ills.

Keywords: mixing pile construction methods; Detection methods; Design; Indoor water soil strength; The strength of cement-soil

中图分类号：TQ172文献标识码：A文章编号：

一、搅拌桩施工和设计中的问题

二十世纪八十年代以来，水泥土搅拌桩在公路、桥梁、工民建、支护和水利工程中得到了广泛应用，成功处理了众多软土地基，节省了巨额投资。但由于搅拌桩施工队伍素质参差不齐，而搅拌桩工法的成败直接决定制桩质量的优劣，搅拌桩工程事故也时有发生。不断受到设计、业主和建设主管部门的质疑。搅拌桩产生质量问题的原因是施工成桩工艺不合理，管理混乱，规范缺乏有效的桩身全长质量检测方法，设计上采用室内拌制的水泥土强度而没有考虑现场桩身的实际强度较低的情况。

二、搅拌桩承载力计算

1．规范方法

按照规范，单桩竖向承载力标准值Ｒkd应通过现场单桩载荷试验确定，也可按下式计算，取二者较小值：

Ｒkd=ηfcu,k.Ap (1)

Ｒkd=qsUp.l+αAp.qp (2)

搅拌桩复合地基承载力标准值fsp,k应由现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：

fsp,k＝mＲkd/Ap+β(1-m)fs,k(3)

2、依据现场强度设计法

正常情况下，以上规范设计程序和方法是合理和适当的。但是针对目前国内搅拌桩施工质量问题，有必要在式(1)(2)的基础上再加入根据现场强度计算的单桩竖向承载力标准值式(4)，并取三者中最小值：

Ｒkd＝quAp/ξ(4)

式中qu为现场钻孔取芯的芯样水泥土(Φ70x100)无侧限抗压强度，若非90d标准龄期强度，需换算至此龄期；ξ为现场钻孔取芯扰动引起水泥土芯样无侧限强度降低的折减系数。

式(4)可以有效克服当前我国搅拌桩现场施工质量差而导致的工程事故。使用式(4)时需确定取样扰动折减系数ξ，此值随着桩身水泥土龄期的增长而增大，亦即取样扰动随龄期增长而递减。

根据榕江河漫滩淤泥质粘土中对大量水泥掺量为15%、搅拌很均匀的水泥土桩取芯检测，现场芯样水泥土强度在10d龄期时只有室内试块强度的0.48，在30d龄期时只有0.53，在90d龄期只有0.65。若认为搅拌很均匀的现场桩身强度与室内试块强度一致，则这些数值可作为相应龄期的取样折减系数。对其余土质还有待以后进一步试验研究。需指出的是，取样扰动程度还与取样单位的技术水平有关，取样工作应由土工专业单位的人员进行。

3．关于静载试验承载力

搅拌桩规范要求单桩承载力应由载荷试验确定。毫无疑问，这是确定单桩承载力的最可靠和最直接的方法。但是也需注意其局限性，特别是当搅拌桩很长、荷载作用面积很大时，载荷试验条件与工程中原型桩受荷条件不一致。前者是短时间、小面积作用，上部荷载影响深度小，无法反映长时间、大面积荷载作用时桩体深部的受力状态。

二、搅拌桩现场强度设计应用

在用超长水泥土搅拌桩加固天然地基承载力只有70kPa的深厚软土地基以达到240kPa的设计承载力工程中，深刻体会到水泥土搅拌桩取芯观察和现场强度的重要性。

在现场第1批25根试验桩中，对3根桩分别进行了取芯和芯样无侧限压缩试验。根据取芯原土层的不同，强度也就不同，0～4m填土中水泥土胶结致密，强度较高；下部淤泥质粘土中的水泥土呈团块状及层状松软结构，手能捏碎，28d龄期时，淤泥质粘土层中水泥土qu值与原状土中接近；120d龄期时，淤泥质粘土的qu比7d龄期强度提高也不大。

开挖一根水泥土桩的上部5m，观察到4m以下的水泥土搅拌严重不均：中间有一个直径12cm的水泥柱芯，柱截面内还有块状或薄层状的水泥富集块，水泥分布半边桩偏多、半边桩极少。

取芯、标贯、无侧限强度试验和开挖检测结果显示：本批桩桩身中下部存在严重的水泥浆富集块和搅拌不均匀现象，桩身强度远低于设计要求的800kPa最低值，为不合格桩。但是，静载试验得出：4根单桩的承载力平均为266kN，复合地基承载力分别为235kPa和227kPa，仅比设计要求的240kPa略低，基本为合格桩。

根据规范方法，按照式(1)、(2)计算取二者最小值为Ｒkd＝344kN，单桩承载力由水泥土强度控制。按式(3)计算，取平均置换率m=0.31, fs,k =100kPa,取β=0.2，则得复合地基承载力为391kPa，远大于设计承载力240kPa。因此，按规范现有方法用室内配制的水泥土强度进行设计，本批搅拌桩完全达到设计要求。而且，即使按规范要求的载荷试验确定的单桩承载力设计、本批搅拌桩仍然基本符合设计要求。

但是，应用现场强度设计式(4),因淤泥质土中水泥土现场平均强度仅有110kPa(90d以上龄期)，即使取钻孔取样引起的强度折减系数ξ＝0.3，得到单桩承载力Ｒkd＝104kN，对应的复合地基承载力也仅有127kPa，远小于设计要求的240kPa。这样就避免了因室内拌制的水泥土强度太高而现场强度极低而产生的搅拌桩工程事故，也避免了超长搅拌桩因静载荷试验影响深度有限而得出不合实际的承载力情形。

工程后来经多次工艺改进，调整水灰比、出浆方法、搅拌叶片数量、喷浆遍数、提升速度等，再结合钻孔取芯、标准贯入及无侧限强度检测，制出了优良的超长搅拌桩，保证了工程质量。

四、结论

通过上述理论分析和工程实践研究，可以得出如下结论：

现有单桩承载力设计仅依据室内拌制的水泥土强度和桩侧桩底阻力来计算，未计及水泥土现场强度，引发了因现场强度极低而造成的工程事故。

建议在现有计算中再增加一项按现场水泥土强度设计。它可解决室内拌制的水泥土强度太高而现场强度极低的问题，避免室内理论设计和现场施工质量脱节的弊病。此外，也克服了超长水泥土搅拌桩因静载荷试验影响深度有限而得出不合实际的承载力情形。