夯实水泥土桩在湿陷性黄土地区高层建筑中的应用

赵丹

（中化二建集团有限公司山西华晋岩土工程勘察有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

湿陷性黄土主要分布在我国的华北中部和西北地区，具有遇水容易湿陷、失去承载力的特点。黄土地基的处理目标主要就是消除土体的湿陷性问题或者降低湿陷性问题，采取措施提高地基的承载力以及土体的压缩模量，因此合理使用夯实水泥土桩进行处理，能够较好地防止地基产生变形等问题的发生（如图1所示）。夯实水泥土桩的施工指的是采用机械设备或者人工开挖的方式进行开孔处理，然后对需要填入的材料进行水泥与土料之间的配比计算，将填充料拌合均匀后填入孔洞，然后进行分层回填以及夯实处理，形成增强体。这样处理完之后的复合地基能够很好地承载上部传递来的荷载，桩间土能够形成挤土效应，消除土体的湿陷性。

1 水泥土桩的设计

1.1 桩间距的设计

在夯实水泥土桩的设计阶段，施工单位应当高度重视桩间土所产生的湿陷性消除问题，湿陷性消除与桩间距离的关系较为紧密，因此必须对桩间距进行计算，依据国家现行的标准，采用科学的公式，精确计算出桩间距。

1.2 地基承载力的计算

在桩间距计算完毕之后，还需要对其进行优化，主要遵循的原则就是在能够满足桩间土的湿陷性消除条件的前提下，对单桩的承载力进行设计，结合复合地基的设计承载力提高土体的置换率并降低桩间距。一般来说单桩的承载力需要改变配合比与桩体材料来实现，在水泥土桩复合地基的设计中，应当在桩顶的位置放置不低于500mm 的水泥土垫层，宽度的数据应当大于地基处理的宽度数值。夯实水泥桩所采用的材料不应当采用早强类型的水泥，而是应当采用普通的硅酸盐水泥，提供稳定的强度。

图1 水泥土桩

2 工程的实际案例分析

某工程的场地为黄土地区，地下水埋深为20～22m，工程的主体结构为地下1 层，地上22 层，结构形式为框架剪力墙结构，建筑基底的压力为400KPa，基础的埋深为8.0m，基础尺寸为45m×28m。建筑为加急建筑，场地的湿陷性为II 级。

2.1 地基的处理方案

根据本工程的特点，设计了两种地基处理方案：第一种为采用水泥土（体积比1:4 的水泥和土），采用挤密法施工来提高土体的承载力和压缩模量，工艺为沉管成孔，二次夯扩，桩直径采用45cm，桩长为11m，三角形布桩，持力层为第6 层。第二种为素土挤密桩与CFG 桩同时布置，桩直径采用40cm，桩长不变，三角形布桩，桩距为900mm×780mm，CFG 桩长设置为20m，直径40cm，正方形布桩，间距为1.5m，持力层为第8 层。

2.2 不同方案比较

2.2.1 承载力比较

根据不同的方案对处理后的复合地基承载力进行计算，fak通过试验获得，为350kPa，第一种方案经过深度修正计算可以得到地基承载力为465kPa，复合地基的承载力主要取决于夯实水泥土自身的桩基强度。桩身强度控制的水泥土桩的承载力为夯实水泥土立方体的抗压强度fcuAp/4，fcu 一般能够达到5MPa，因此可以计算得出单桩承载力特征值200kN，根据公式可以计算fspk=mRa/Ap+β（1-m）fak=410kPa。第二种方案中第3 图层的素土挤密后fak 能够达到180kPa，按照1.5m 的桩距进行计算，侧阻力选择60kPa，可以得到复合地基承载力为450kPa。

2.2.2 沉降量和下卧层强度计算

第一种方案的压缩模量为23MPa，沉降计算的经验系数可以采用0.2，经过计算可以得知中点的沉降计算值为49mm，角点的沉降计算为20.5mm，因此总沉降量为34.8mm，桩端位于第6 图层，地基规范公式Pz+Pcz=446KPa<693，下卧层的承载力也满足规范要求。第二种方案的中点沉降计算值为40mm，角点的沉降为17.3mm，因此总沉降量为28.8mm，下卧层的强度也满足地基规范的要求。经计算，两种方案的整体挠度都不大于0.05%，因此总沉降量满足地基规范要求。

2.2.3 工期以及处理费用的对比

第一种方案只有一种桩，因此容易完成，根据实际工程情况结合工程经验对实际经济效益进行比较，可以明确看出。首先工期方面，素土+CFG 桩的工期由于涉及两种设备，因此工期要比水泥土桩增加大约3 个月，而且在满足设计要求的情形下，明显素土+CFG 桩后期需要检测项目更多。两种技术通过计算可以看出均满足地基承载力与变形的要求，但是水泥挤密桩的变形要比素土+CFG 桩的方案大一些，因此，采用水泥挤密桩的方案更加经济，能够节约一定的处理费用并节约一定的工期，综合考虑选择第一种方案进行地基处理。

3 处理实际效果

在施工完毕之后，依据相关的检测规范选择检测内容，如表1所示。

通过静载试验、湿陷性检测、桩身压实系数以及桩间土挤密系数的检测，以及地基变形的检测可以发现：采水泥土桩进行处理能够满足相关地基处理的要求。

表1 地基检测的相关内容

静载试验共检测10 个点，相关的数据如表2 所示，不同试验点的承载力特征值平均值为350kPa，深度修正后为465kPa。

表2 地基处理前后承载力特征值对比

通过湿陷性检测，发现桩身水泥土的夯实系数平均值为0.98，也满足不小于0.97 的要求，并采取396 的土样对桩间土的平均挤密系数进行计算，能够算出平均值为0.93。

4 沉降观测

地基处理完成后，对各期的沉降观测数据进行计算与分析，可以得到工程的最大沉降量为26.8mm，最小的沉降量为18.2mm，平均沉降量为22.5mm，最后100d 的沉降速率低于规范规定，楼体无超过规范限制的倾斜值。

5 结语

通过分析，可以发现夯实水泥土桩能够消除湿陷性黄土的湿陷性，提高地基的承载力与压缩模量，满足高层建筑对地基承载力与变形的要求，采用水泥土桩地基的变形较大，但是也能满足规范要求。采用夯实水泥土桩较为经济，能够节约工期和处理费用，适于推广应用。