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摘 要：本文主要针对软弱地基采用“粉体喷搅法”施工的工程实践效果对“粉体喷搅法”加固软弱地基的应用作简要介绍。

关键词：粉体喷搅法   加固   软弱地基

一、    引言

    近年来，粉体喷搅法加固软土地基技术在国外发展很快，先后在瑞典、芬兰、挪威、英国、美国、日本等多个国家得到了广泛的应用。尤其在日本发展更快，采用了石灰粉，水泥粉等其他多种固化料，施工单柱体加固深度已达30余m，柱体直径已达1~1.5m。

在我国，铁道部第四勘探设计院也于1979年对粉体喷搅法加固软土技术进行了研究。通过2000项次的物理、力学性能实验，得出了较合理的配方，并自行研制了施工机具，在1984年首次成功地对某线铁路涵洞软土地基进行了加固，为我国软土地基加固技术开拓了一种新方法。

粉体喷搅法加固软土技术，系用压缩空气，通过粉体发送器、输送管路、空心钻杆，将粉状加固料由钻头的喷灰口以雾状喷入地基深部，凭借钻头旋转，就地与软土进行强制搅拌形成柱体的方法。

此种加固软土技术，可在铁路、公路、市政工程、港口码头、工业及民用建筑等的软土工程中推广使用，可在天然气含水量为30~70%的软土条件下进行施工。

二、    芜湖石膏厂的工程概况

    芜湖石膏厂位于芜湖经济开发区内，该区域为静水沉积地貌。根据钻探资料，场地土共分三层，现简述如下：

（1）   耕表土：灰色，含植物根系，腐植质，生活垃圾，层厚0.60～0.90m。

（2）    淤泥质土：灰色，软塑状，含腐殖质，云母碎石、贝壳，稍具腥臭味，此层在8～9m左右，见有约1米的粉土夹层。淤泥质土层厚20～23m，静水触探值Ps=0.95Mpa，标贯击数N=3，承载力标准值f_k=80KPa，含水量40%，孔隙比e=1.2，压缩系数a_1-2=0.5，压缩模量Es=4.5MPa.

（3）    碎石土：灰色～黄褐色，密实状，含碎石，主要成份为石英质砂岩，石灰岩碎块，砾径变化较大，由0.1cm～15cm不等，偶见漂石，充填物为中粗砂及少量粘性土，标准贯入击数N=40击，承载力标准值f_k=450KPa，此层上部见0.5m左右灰色粗砂层。

该区域为农田，在场地区有东西向较大灌溉渠，水面深约1m。场地土特点是含水量高，孔隙大，压缩性大，且软土层的厚度大。在这种地质条件下，建设多层砖混结构工程，必须选择一种适合于土质特点的地基加固方法。过去我们采用的方案有换土垫层法和沉管灌注桩法等，根据工程实践，换土用砂垫层处理的地基建成房屋后沉降量大，容易产生不均匀沉降，引起纵横墙开裂，房屋倾斜，影响使用。采用沉管灌注桩基础，加固效果良好，能解决沉降过大的问题，但工程造价高。按1997年造价比较，该区域每平方米建设面积地基处理造价达75元，而深层搅拌桩为46元。为能够在保证质量的前提下，降低工程造价，提高经济效益，对地基方案进行了多次论证后，最终决定采用粉体喷搅法加固软弱地基处理方案，该方案取得了良好效果。

三、    粉体喷搅拌加固软弱地基设计

3.1     设计资料（以该石膏板厂综合办公楼钢筋砼条形基础为例）

作用在桩顶及桩间土上的荷载为160kPa，场地土质均一，为淤泥质土地，压缩模量E-1=4500kPa，桩体压缩模量E_p=37700kPa，土的密度r=1.30g/cm³，基础宽度B=1.6m，布桩取1.0m×1.0m，粉喷桩直径d=0.5m，加固深度h=10m，下卧层△H=13.0m（为软弱土地）。

经处理后地基的复合地基承载力要达到150-160kpa，单桩承载力要达到≥120kpa,最终沉降量控制在≤100mm。

3.2     单桩承载力确定

按照《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》，搅拌桩的单桩承载根据室内配方试验提供的桩身强度及地质报告提供的土层摩阻力按下式估算，取小值。

[P]=η·P_fA_p                  (1)

[P]=U_p·∑f_i·I_i+αA_pq_p    (2)

[P]为单桩容许承载力（kN）；P_f为桩身强度（kPa）；η为桩身强度折减系数，可取0.3—0.4；A_p为桩的面积（m²），U_p为桩的周长（m），f_i为桩周围第i层土的容许摩阻力，淤泥可取5—8kPa；I_i为桩周围i层土厚度（m）；α为桩尖天然地基土的承载力折减系数，可取0.4—0.6；q_p为桩尖天然地基的承载力（kPa）。

式（1）是按桩身强度确定，式（2）是按土对桩的支撑力确定，设计时考虑到粉喷桩端部喷粉量较小，且原状土已被扰动，故一般不计粉喷桩端部的支撑力。但对长度小于10m的桩，则应计粉喷桩端部的支撑力。单桩设计时应使土对桩的支撑力与桩身强度所确定的承载力相近。本区水泥土试块强度按经验当水泥掺入量为13—15%（选用32.5#）时，水泥土的无侧限抗压强度q_u为1.7—3.5MPa，强度折减系数为0.35，根据式（1）计算，桩长取10m，单桩承载力为118kPa。按式（2）计算单桩承载力为132kPa，按规范规定可取单桩承载力[P]=120kPa。

3.3     复合地基承载力确定

搅拌桩复合地基承载力标准通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：

δ_sp=α_s·δ_p+(1-α_s)·δ_s·β

式中，δ_sp为复合地基容许承载力（kPa），δ_s为桩间土天然地基容许承载力（kPa），δ_p为桩身容许承载力，δ_p=[P]/A_p；β为桩间土承载力折减系数，当桩尖为软弱土层可取0.5—1.0，当桩尖为硬土层时可取0.1—0.4；α_s为置换率，可取10%—20%，α_s=nA_p/A_s，n为桩根数，A_s为加固总面积。

石膏板厂综合办公楼基础均采用钢筋砼条形基础，复合地基承载力要求达到150—160kPa，设计时选取置换率α_s=20%，桩间土折减系数β=0.75，桩径取Φ500。通过计算确定复合地基承载力为160kPa，可以满足设计要求。

3.4     建筑物的沉降估算

深层水泥搅拌桩复合地基的最终沉降量S由两部分组成，一是加固层的压缩变形S₁，二是桩端下未加固层的压缩变形S₂，作用在桩顶及桩间土上的荷载为160kPa，场地土质均一，为淤泥质土地，压缩模量E_-1=4500kPa，桩体压缩模量E_p=37700kPa，土的密度r=1.30g/cm³，基础宽度B=1.6m，布桩取1.0m×1.0m，粉喷桩直径d=0.5m，加固深度h=10m，下卧层△H=13.0m（为软弱土地），根据以上数据计算加固复合地基变形值S=S₁+S₂。

按模量修正法计算

S₁=(P₀+P_0Z)h/2E_sp，S₂=m_sP₀△H/E_s，E_sp=E_pd²/d_e²+E_s(1-d²/d_e²)

其中：P₀为桩群顶面处的平均压力；P_0Z为桩群地面的附加应力；P_0Z=B（P₀-P_e）/(B+2htgβ)，如图1，β为应力扩散角度取β=22°；h为加固深度（桩长）；E_sp为复合地基压缩模量；d为桩直径；d_e为等效影响半径；d_e=1.13×S₁·S₂；E_p为桩体压缩模量；E_s为桩间土压缩模量；P_e为软弱下卧层顶面处土的自重压力（t/m²），m_s为沉降经验系数，软土取0.7。

则计算出：

P_0Z=4.95kPa=0.495t/m²，E_sp=11000.12kPa

S₁=0.0748m，S₂=0.01m

该复合地基最终变形值为S₁+S₂=0.0848m=8.5cm，计算的出的沉降量是施工中沉降观测的参考数据。

四、    施工时特殊部位的处理

综合办公楼东西向灌溉渠水面深1.0m，沟底流塑状淤泥2m深的左右，该沟穿越建筑物基础，在施工时必须处理才能满足复合地基承载力要求，因为对水泥掺入量相同的粉喷桩，增加水泥的搅拌次数可以提高水泥土的拌合均匀程度，减少灰土的成层性，提高桩身强度。试验表明，桩的破坏是从浅层桩身开始，纵向压缩变形增长较快，产生横向拉裂，桩身强度遭到破坏，使桩达到极限承载状态。特别在浅层的软弱地基情况下，当遇到桩身在浅层所受轴压力大，而桩周侧限压力小，桩身强度低时，将会过早产生浅层桩身破坏，为此我们对灌溉渠薄弱部位采用了以下方法进行处理：

加大暗滨处粉喷桩置换率，在常规设计的基础上，增补桩数，在（5—10）d桩长范围地粉喷量加大至17%并增加水泥的搅拌次数，提高桩身强度，桩长与原设计桩长相同，通过施工上部结构情况观察，该处沉降均能满足设计要求，未发现异常现象。由此证明，这种方法取得良好的经济效果，不仅免去清淤的繁杂工作，同时也节省了费用，是一种值得推荐的处理明、暗滨的加固方法。

为了检验加固效果，业主委托安徽省地质实验研究所桩基检测中心进行单桩及复合地基载荷试验，实验结果均满足设计要求。

五、    结束语

（1）        深层水泥搅拌桩是加固处理软弱地基土的一种行之有效方法，特别是对软弱层分布广而厚地区具有明显优势，设计前应根据地质实际情况，找出最佳水泥掺入量、桩长，降低造价，以充分发挥深层搅拌的优势。

（2）        深层搅拌桩的桩长对建筑物的最终沉降影响很大，选择桩长时，在强度满足的条件下，必须对变形加以控制。

（3）        薄弱部位假故事可根据分布情况，深度以及建筑物类型采用加大上层水泥喷粉量等措施。

参考文献

【1】 《粉体喷搅法加固软弱土层技术规范》       TB10113-96             

【2】 《98年安徽省预算定额》

【3】 《建筑地基基础设计规范》                 GB50007-2002