水泥搅拌桩桩长变更研讨

李家稳¹ 李春东² 杨靖¹ 陈新洋²

（1、昆山市水利建筑安装工程有限公司  江苏 苏州 215000 

2、苏州市水利建设监理有限公司  江苏 苏州 215128 ）

【摘要】本文通过工程实例对水泥搅拌桩的设计和变更进行了计算，并通过地勘报告对地基土质进行分析，找出变更的原因。

【关键词】水泥搅拌桩； 地基处理； 复合地基； 承载力； 桩土置换率；特征值；静载试验

一、工程概况

苏州市七浦塘拓浚整治工程常熟段五标在CS249~CS250河道北侧粮管所位置设计长度为48米的码头，设计标准为停靠300吨级船舶。码头底板顶高程设计为▽0.5，厚度设计为60cm，底板底高程▽-0.1米。上部为钢筋混凝土护壁式挡墙结构。

二、地勘资料

查看苏州市七浦塘拓浚整治工程（常熟段）地质勘察资料，，主要地基为3₁土层，层顶高程为1.91~2.81米，层底高程为-3.79~-4.21米，土质为灰色淤泥质粉质粘土、粘土，标准贯入击数为3，土壤含水量为37.5%，孔隙比1.036，饱和度99.2%，允许承载力为70kPa，搅拌桩土的侧阻力特征值q_s为8kPa；其下为3₂土层，层顶高程为-3.79~-4.21米，层底高程为-21.08~-21.75米，灰色粉砂、细砂，局部轻粉质壤土，标准贯入击数为13，土壤含水量为31%，允许承载力为120kPa，搅拌桩土的侧阻力特征值q_s为13kPa。

三、地基处理设计

   3₁层土为淤泥质粉质粘土，属于软土地基，承载力不满足要求，需要进行地基处理。根据荷载组合计算要求地基处理后的复合地基承载力不小于110kPa。

   地基处理设计为Φ60@100cm的水泥搅拌桩，正方形布置，设计桩长8米，桩顶高程为▽-0.1米，桩底高程设计为▽-8.1米。（详见附图）设计单桩承载力100kN，复合地基承载力110kPa，要求水泥掺量不小于15%，28天无侧限抗压强度不小于1.2MPa。

    附图一  水泥搅拌桩设计图

1、水泥桩单桩承载力特征值计算

①按桩身材料强度计算

R_a1=ηf_cu90A_p

R_a1：单桩竖向承载力特征值（kN）

η：桩身强度折减系数，湿法施工的水泥搅拌桩可取0.25

f_cu90：与搅拌桩桩身水泥土配合比相同的室内加固土试块，边长为70.7mm的立方体在标准养护条件下90天龄期的立方体抗压强度平均值。（kPa)（为加快工程施工进度，图纸设计提出的为28天龄期的指标值，这里存在的换算关系，《根据建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的推荐公式f_cu90=（1.43~1.80）f_cu28，这里根据苏州市试验资料和设计经验保守取值为f_cu90=1.18f_cu28）

Ap：桩的截面积（m²）

Ra₁=0.25*1.18*1.2*1000*3.14*0.3*0.3=100KN

②按单桩侧阻和端阻计算

R_a2=μ_pq_sil_pi+α_pq_pA_p

μ_p：桩的周长（m)

q_si：桩周土的侧阻力特征值（kPa）

l_pi：桩长范围内第i层土的厚度

α_p：桩端端阻力发挥系数，可取0.4~0.6

A_p：桩的截面积（m）

R_a2=3.14*0.6*8*8+0.4*70*3.14*0.3*0.3=129KN

Ra₁<Ra₂，取Ra₁=100kN

2、复合地基承载力计算

①m=A_p/A

m：桩土置换率

A：一根桩分担的处理地基面积（m）

m=3.1416*0.3*0.3/1*1=0.2827

②f_spk=mR_a/A_p+β(1-m)f_sk

f_spk：复合地基承载力（kPa）

β：桩间土承载力发挥系数，取0.2。

f_sk：处理后桩间土承载力特征值（kPa）

fspk=0.2827*100/(3.14*0.3*0.3)+0.2*(1-0.2827)*70=110kPa

设计满足要求。

四、施工过程

本工程由昆山市水利建筑安装工程有限公司中标承建，监理单位为苏州市水利建设监理有限公司。施工单位桩基施工队伍组织施工机械进场，采用SJB型单轴深层水泥搅拌桩机，额定扭矩8500N·m，搅拌头转速为42r/min，采用37kW的电机的水泥搅拌桩机进场，施工至▽-5.0米位置机械不进尺，打不下去。跟设计单位联系后换成55kW的电机的水泥搅拌桩机械作业后仍然打不下去。施工时电流表显示最大电流大于60A。

五、原因分析

   水泥搅拌桩施工过程中，钻头穿过3₁层土到达3₂层土，土层发生变化，钻进过程中摩阻力增加造成无法钻进。由3₂层土颗粒（附表二）分析，依据《水闸设计规范SL265-2001》判定：改土质为含少量砾的粉砂，根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)判定：粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50%，但小于85%，为粉砂。由物性指标（附表三）分析：土的孔隙比e=0.877，0.85＜e≤0.95，判稍密；标准贯入击数N=13,10＜N≤15，判稍密。由此判断：是由于土层由软土层进入稍密的粉砂层，是造成钻头无法钻进的真正原因。为此，施工单位按照程序报告，请求进行设计变更。

附表二   3₂层土的颗粒分析试验结果如下：            

颗粒范围（mm）	＞2	2~0.075	0.075~0.005	＜0.075
含量（%）	0.1	73.7	24.7	1.5

附表三    3₂层土的物性状态

标准贯入击数N	含水率ω（%）	湿密度ρ（g/cm3)	孔隙率e	饱和度Sr（%）	允许承载力[R](kPa)
13	31.0	1.87	0.877	94.7	120

六、设计变更

设计单位根据地质资料重新进行设计计算，将原设计桩长8米变更为5米（进入持力层1米），桩底高程为▽-5.1米。其它参数不变。   

水泥桩单桩承载力特征值计算：

Ra₁=ηfcuAp=0.25*1.18*1.2*1000*3.14*0.3*0.3=100KN

Ra₂=μ_pq_sl+αq_pAp=3.14*0.6*（8*3.9+14*1.1）+0.4*120*3.14*0.3*

0.3=101KN

Ra₁<Ra₂，取Ra₁=100kN

仍然满足要求。

七、复合地基检测

1、在成桩28天后，采用双管单动取样器钻取芯样，一检验成桩质量的完整性，二做水泥土强度检验。检验数量为1%。检测结果全部合格。

2、静载试验：水泥土搅拌桩复合地基承载力检验采用的是复合地基静载试验，试验用承压板为1*1平方米的正方形钢板，检验数量为3组。试验最大加载220kN。试验结果全部合格。

 

参考文献：

1、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）

2、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

3、《水闸设计规范》（SL265-2001）

4、《土的分类标准》(GBJ145-90)

5、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001)

6、《工程地质手册》（第四版）

7、《苏州市七浦塘拓浚整治工程常熟段七标河道工程施工图》

8、《苏州市七浦塘拓浚整治工程常熟段河道工程地质勘探报告》

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