作者：未知 摘要:水泥搅拌桩复合地基是一种常用的地基处理方法;因其最大限度地利用了原土且施工时无振动、无污染、可在密集建筑群中进行施工,与钢筋混凝土相比可明显地降低造价。但在对该类场地进行勘察时,往往按一般的浅基进行勘察评价,导致水泥搅拌桩施工中常发生一些质量事故而产生不良结果。通过水泥搅拌桩施工时遇到的一些实际问题,探讨对该类场地勘察时应注意的一些岩土工程地质问题。
关键词:复合地基岩土工程勘察
中图分类号：K826.16文献标识码：A文章编号：
Abstract: Composite foundation of cement mixing pile is a common foundation treatment methods; due to the maximum use of the original soil and construction of no vibration, no pollution, can be in a dense group of buildings in the construction, in comparison with reinforced concrete can obviously reduce the cost. But in the field survey, often by a general survey and evaluate the result of shallow foundation, cement mixing pile construction often occurs in some quality accidents and adverse outcome. Cement mixing pile construction through some practical problems, explore the site should pay attention to some of the rock and soil engineering geological problems.
Key Words: composite foundation of rock soil engineering survey

1、水泥深层搅拌法处理软土地基的原理
水泥深层搅拌是利用水泥材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌,利用固化剂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土,水泥深层搅拌法加固软土的原理主要表现在以下3个方面:
1.1水泥的水解化反应
普通硅酸盐水泥,主要水泥矿物有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时,水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解相化反应,生成氢氧化钙、含水硫酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物,它们各自的主要反应过程如下:

从上述一系列反应可以看出,这些水泥矿物与软土中自由水结合,形成似结晶水的形式固定下来,相对减少颗粒之间的孔隙水,从而提高软土的抗剪强度。
1.2粘土颗粒与水泥水化物的作用
当水泥的各种水化物生成后,有的自身硬化,形成水泥石骨架;有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应,反应表现以下两种形式:
(1)离子交换和团粒化作用。软土作为一个多相散布系,当水化物和水结合时就表现也一般的胶体特征,例如土中含量最多的二氧化硅遇水后,形成硅酸胶体微粒,其表面带有钠离子Na+或钾离子K+,它们能和水泥水化生成的氢氧化钙离子Ca2+进行当时吸附交换,使较小的土颗粒形成较大的团粒,从而使土体强度提高。
(2)凝硬反应。随水泥水化反应的深入,溶液中析出大量的钙离子,当其数量超过上述离子交换的需要量后,则在碱性的环境中,能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应。随着反应的深入,逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物,反应如下:

(3)碳酸化反应。水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中的空气中的二氧化碳,以生碳酸化反应,生成不溶于水的碳酸钙,反应如下:
这种反应也能使水泥土增加强度,但增长的速度较慢,幅度也较小。
2、水泥深层搅拌法的适用范围
2.1适用土质与加固深度
水泥深层搅拌法最适宜于加固各种成因的饱和软粘土。国外使用该方法加固的土质有新吹填的超软土,沼泽地带的泥岩土、沉积的粉土和淤泥质土等。加固深度最深可达50~60m;国内目前使用该方法加固的土质有淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等,加固深度可达15m。
2.2适用工程对象
水泥深层搅拌法可用于增加软土地基的承载能力,减少沉降量,提高边坡的稳定性,工程实践表明,适用以下两种情况:
(1)作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下的基层等。
(2)进行大面积地基加固,以防止深基坑开挖时坑壁坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降。
3、水泥搅拌桩复合地基岩土工程勘察与评价
按照岩土工程勘察规范的要求,结合绍兴地区多年来采用水泥搅拌桩复合地基勘察施工中存在的一些实际问题,谈谈岩土工程勘察工作中应当着重需要解决的岩土问题:
3.1成桩可能性的预估
水泥土搅拌法分为深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称干法)。它适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和土、松散砂土等。所以,岩土工程勘察报告中除提供常规的岩土物理力学指标外,应对淤质土的有机物含量、含水量、水和土对建筑材料的腐蚀性等指标进行有效的测定,为设计部门有针对性地确定添加外掺剂提供地质依据。
根据一般的施工经验,当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%),大于70%或地下水的pH值小于4时,不宜采用干法。当用于泥炭土、有机质土、塑性指数IP小于25的粘土、地下水具有腐蚀性时,岩土工程勘察报告应建议通过现场试验确定其适用性,可进行拟处理土的室内配比试验,针对现场拟处理的最弱层软土的性质选择合适的固化剂、外掺剂及其掺入量。水泥土中的有机质可使土具较大的水容量和塑性、膨胀性和低渗透性,并使土的酸性增加,使水泥的水化学反应受到抑制,从绍兴地区的施工经验来看,一般当地基土有机质含量大于1%时加固效果就变差。
3.2施工可能性的预估与评价
按照岩土工程勘察规范要求,水泥搅拌桩复合地基岩土工程勘察应查明暗塘、暗浜、暗沟、洞穴等地下障碍物的分布特征,尤其在老城拆迁地施工,历史上长期的人类活动形成较为复杂的浅部杂填土层,其间常分布有暗塘、暗沟等,而勘察时采用30m左右的勘探线间距,远远不能满足查明地下障碍物的需求,而应该进行加密控制。这在绍兴老城区施工时,有过多次教训,有些场地在地下4~5m仍有很深的石板分布,使施工工作被迫终止进行处理。
粉土地层成桩可能性分析评价是勘察工作的一个容易被忽视的问题,在报告中可能只笼统地说,粉土地层对水泥搅拌桩施工可能具较大的阻力,在设计施工时应注意。这只是一个定性的概念,设计施工单位往往较难把握。为此在勘察时必须采用合理的勘察手段。由于不同的地区粉土具不同的特性,所以勘察规范仍采用孔隙比e来评价其密实度,但因勘察施工时的机械扰动、样品的运输给正确的密实度评价带来难度。有些场地往往待设计完成,桩基进场施工后才发现沉桩十分困难,根本达不到设计桩长。根据绍兴滨海地区的经验,采用原位测试的方法来评价其密实度是一个较为有效的方法。常用的方法有采用双桥静力触探或准贯入试验进行测定。当双桥静探锥尖阻力时,水泥搅拌桩施工就变得较为困难。
3.3施工过程中的岩土工程问题
由于水泥搅拌桩采用机械的搅动使土与水泥充分地搅拌而形成水泥土桩,施工时就打破了土的相对平衡状态。水泥土桩的质量,很大程度上取决于水泥土的搅拌均匀程度,但在施工时由于设备及工艺的限制,可导致不同的土层其实际搅拌均匀的程度具很大的不确定性,产生多种质量问题。
3.3.1粘性土地层中的岩土问题
在粘性土尤其是粘土地层中施工水泥搅拌桩常遇到的一个难题就是搅拌不均,粘土呈块状分布,无法形成水泥土桩,最为严重时可产生“同心转”现象,即土体与搅拌头一起旋转的现象,水泥浆只分布于桩的外沿或桩中心主动钻杆周边,因而也就没有达到复合地基的加固效果。所以勘察工作在对岩土工程分层的同时,应根据土的实际情况作出评价,而不是机械地按规范的要求将塑性指数IP≥17的土划分为淤泥或粘土,可根据实际的塑性指数指标提出相应的施工建议与技术措施。从绍兴地区的施工经验来看“同心转”的现象多发生在IP>20的淤泥、淤泥质粘土及软塑状粘土地层中,所以勘察报告应对其作必要的说明,以便在设计、施工时采取相应的技术措施。场地整体隆起也是粘性土层中进行水泥搅拌桩施工时常发生的一种现象,当地下水位较高,随着水泥浆的大量注入,呈饱和状态的粘性土由于渗透系数极小,无法将地下水向四周进行迅速扩散,于是导致地面的隆起,如某工地最大隆起高度达到50~60cm。
3.3.2粉土地层中的岩土工程地质问题
振动液化是砂土地层的土性特点,水泥搅拌桩施工的扰动,使桩内及周边土层产生液化,勘察工作应对粉土的组成、物理力学性质作评价的描述与测定,因液化结果常使施工时成桩困难,常见的现象是冒浆,使水泥浆的流失而导致桩体水泥含量的实际降低,甚至形不成水泥土桩。勘察时应根据砂土的实际特点作出客观的分析评价,有时虽然按规范要求判断为不液化土,但施工时的扰动液化是一个难免的问题,勘察报告中应作详细的分析与施工建议。根据绍兴地区的施工经验,常用的施工技术措施有跳打、放慢施工速度及降低地下水位等,但往往由于地质条件的复杂多变,实际处理时比设想的要复杂得多。
3.3.3含泥炭质薄层土地层中的岩土工程地质问题
有机质土或泥炭薄层是在淤泥质土层中常见的一种地质现象,它主要发育于水陆交互相的沉积地层中。当薄层厚度小于5cm且整个场地不规则分布时,勘探时往往难于在地层剖面上作准确的划分,有时由于静探曲线上反应不明显,而钻孔在施工过程中因冲洗液的冲刷而被忽视。但对水泥搅拌桩而言,泥炭薄层是影响其工程质量的一个重要原因,由于水泥土桩的工程特性,决定了泥炭薄层不能与水泥进行充分的固结硬化而形成桩体,在桩断面上就形成一个软弱夹层,严重时就形成断桩。在该类地层中进行岩土工程勘察评价,必须采用有效的勘察手段才能对其进行准确的评价。当泥炭薄层主要分布浅部土层中时,如绍兴平原地区一般埋深在2～4m以内,采取干钻取土法,结合麻花钻加密控制进行评价,确定其分布的范围、层厚、深度等有关数据。对于该类地层勘察报告应提出设计、施工单位注意的有关问题,如采取增加搅拌次数将薄层与其它土体、水泥搅拌均匀,并适当增加外掺剂的数量,可保证水泥土桩的工程质量。
参考文献:
[1]林宗元.岩土工程治理手册[M].辽宁科学技术出版社.
[2]GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].北京:中国建筑工业出版社.
[3]JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社.