公路水泥搅拌桩地基处理计算书 毕业设计

摘 要 ..................................................... 错误！未定义书签。 ABSTRACT.................................................... 错误！未定义书签。 1 绪 论.................................................................... 1 1.1 选题依据及研究意义 ................................................... 1 1.2 水泥土搅拌桩加固机理 ................................................ 1 2 工程概述及地基处理方案选择 ............................................. 3 2.1 工程概述 ............................................................. 3

2.1.1 工程概况 ......................................................... 3 2.1.2 工程地质及水文地质条件 .......................................... 3 2.1.3 地基土物理力学指标 .............................................. 3 2.2 地基处理方案选择 ..................................................... 4 2.3水泥搅拌桩技术上的优点 ................................................. 5 2.4 设计规范说明 ........................................................... 6 3 水泥深层搅拌桩复合地基设计与计算 ........................................... 7 3.1 设计原则 ............................................................... 7 3.2设计参数和指标 ......................................................... 7 3.3设计流程 ............................................................... 7 3.4 设计要求及参数 ......................................................... 8 3.4.1 设计要求 ........................................................... 8 3.4.2 设计参数 ........................................................... 8 3.5 单桩竖向承载力设计 ..................................................... 8 3.6 搅拌桩复合地基承载力特征值的计算 ....................................... 9 3.7置换率与桩数的计算 .................................................... 10 4稳定验算与沉降计算 ........................................................ 11 4.1稳定计算 .............................................................. 11 4.2沉降计算 .............................................................. 13 4.2.1搅拌桩群体的压缩变形S1计算........................................ 14 4.2.2 复合地基下卧层的沉降计算 .......................................... 14 5水泥搅拌桩施工方案 ........................................................ 17 5.1技术指标 .............................................................. 17 5.1.1 深层搅拌桩 ........................................................ 17 5.1.2碎石垫层及土工格栅 ................................................ 17 5.2设计间距及布置形式 .................................................... 17 5.3施工工艺 .............................................................. 17 5.4注意事项 .............................................................. 18 6 质量保证措施、体系及质量指标 .............................................. 19 6.1质量保证措施 .......................................................... 19

6.2质量指标及检验标准 .................................................... 19 7 水泥搅拌桩质量通病及防治措施 .............................................. 20 8 结 论.................................................................... 22 参 考 文 献 ................................................................. 23 致 谢 ..................................................... 错误！未定义书签。

1 绪 论

1.1 选题依据及研究意义

水泥土搅拌法是用于加固饱和黏性土地基的一种方法。它是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，有固化剂和软土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水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。水泥土搅拌法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松散砂土等地基。本工程位于珠三角地区，软土分布较广。已建成工程成功经验表面，水泥土搅拌法对加固地基，控制沉降有较好的作用。高速公路对路堤稳定及沉降控制有较为严格的要求，因此做好水泥土搅拌桩稳定及沉降验算是非常有必要的，同时，为保证水泥土搅拌桩复合地基达到预期效果，有必要对施工工艺进行完善，对施工过程进行严格控制。

1.2 水泥土搅拌桩加固机理

水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料（比表面积不大、活性很弱的介质）中进行水解和水化反应，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质——土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土缓慢。参与作用的主要物理化学反应有：

（一）水泥的水解和水化反应

普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、二氧化钙、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成。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和水化反应，所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，

1

使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，使周围的水溶液达到饱和，形成胶体。

（二）土颗粒与水泥水化物的作用 1、

离子交换和团粒化作用

粘土和水结合时表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水

后，形成硅酸胶体颗粒，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中钙离子Ca2进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。 2、

硬凝反应

随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境下，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子发生化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。 （三） 碳酸化作用

水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，使水泥土强度增加。

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2 工程概述及地基处理方案选择

2.1 工程概述

2.1.1 工程概况

本工程为珠江三角洲外环高速公路肇庆(黄岗)至花都（花山）段，简称肇花高速公路。本合同段为第一合同段，起点位于四会市东城区张洞，与珠江三角洲经济区外环高速公路江门至肇庆高速公路主线终点顺接，终点位于大旺北互通处与第二合同段起点相接。本匝道全长196m，一般路段共171m，桥台及衔接部位共25m，加固面积分别为9087㎡、428㎡。

2.1.2 工程地质及水文地质条件 （一）地基土构成

①层填筑土：黄色、灰白色、褐黄色，顶部50cm为新近填细中砂，后主要由粉质粘土，耕土回填而成。厚约1.2~3.4m

②淤泥质土：灰黑色，灰褐色，饱和，软塑，含大量有机质及腐木，有腥臭味。厚约0.6~6.2m

③粉质粘土：红褐色，肉红色，湿，可塑，土质不均匀，含砂粒，韧性中等，干强度中等。厚约2.0~3.7m

④砂质粘土：灰褐色、黄褐色夹灰白斑点，湿，硬可塑，含少量砂，土质粘性差，遇水易软化，崩解，为花岗岩残积成因。厚约7.9~15.0m

（二）地下水

本地区广泛布有水田、泥塘。地下水位埋深较浅，约0.2~1m，无统一地下水。

2.1.3 地基土物理力学指标

序 号 1 2 3 3 厚度 （m） 饱和重含 水 重 度 度sat 量 ω （kN/m3（％） (kN/m） ³） 43.2 56.3 46.5 39.1 17.6 16.1 18.1 19.3 3

土 名 快剪强度指标 c 15 10.2 30 5 c 5 7.4 10 48 压 缩 模 量 Es （MPa） 2.48 1.42 6.51 10.34 地基承载力容许值 （kPa） 80 55 140 250 1.2~3.4 填筑土 淤泥 0.6~6.2 粉质粘2.0~3.7 土 砂质粘7.9~15.0 土 18.1 16.6 19.3 19.6

2.2 地基处理方案选择

地表以下存在一定埋深的软弱土层，为满足工程需要，必须进行软土地基加固。软土地基加固的方法有很多种，主要有：

换填垫层法

适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量和湿陷量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。

强夯法

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土，软-流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。

石灰桩法

适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土等地基。多用于表层或浅层处理。

高压喷射注浆法

适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30m

水泥土搅拌法

分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%

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（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的，该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。

预压法

适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过4m时，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法

适用于处理粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。具有施工操作简便、施工费用低、对桩间土的挤密效应显著等优点，但也有一些缺点，比如难以穿透硬土层、振动及噪声污染严重、对临近建筑物有不良影响、在饱和软粘土中容易断桩等。

由此可见，换土垫层法，振密、挤密法和置换法主要适用于浅层加固，而本工程需加固的软土层较深，浅层加固显然不能满足工程需要，又由于预压排水固结法所需时间较长，不能满足工期要求。考虑到水泥土深层搅拌法在施工时不产生噪声，水质以及环境污染，且经济及技术上有较大的优势，因此水泥土深层搅拌法不失为一种合理的地基处理方法。

2.3水泥搅拌桩技术上的优点

（1）水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土；

（2）搅拌时地基侧向挤出较小，所以对周围原有建筑及地形地貌的影响较小；

（3）按照不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活；

（4）施工时无振动。无噪音、无污染；

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（5）土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；

（6）与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价。

2.4 设计规范说明

《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ 017－96） 《软土地基深层搅拌加固法技术规程》（YBJ225- 91） 《公路工程抗震设计规范》（JTJ 044－） 《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）

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3 水泥深层搅拌桩复合地基设计与计算

A匝道采用水泥深层搅拌桩进行地基加固。设计要求处理过的地基承载力特征值fsp,k≥100kPa。单桩承载力≥125KN。

3.1 设计原则

地基处理设计注重参数的选择和比较，一般而言，应根据工程要求、岩土特性和技术能力三方面因素，通过技术经济分析、对比确定。水泥土搅拌桩地基设计的理想情况，是通过对设计参数或指标的调整，使桩的应力、桩间土的应力和复合地基的沉降均在容许限值内达到尽可能大，即“用足”而又“不超”。

水泥土搅拌桩复合地基的设计主要是确定置换率。竖向承载搅水泥土拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软土层到达承载力相对较高的土层。

3.2设计参数和指标

水泥土搅拌桩复合地基的主要设计参数主要有：

桩周土的侧摩阻力qs，桩间、桩底天然地基土的承载力fs,k、qp，桩身强度折减系数，桩端天然地基土的承载力折减系数，桩间土的承载力折减系数，均按试验成果或规范取值。

设计指标包括：桩径D；面积置换m；桩身水泥土的无侧限抗压强度fcu，根据试验确定；桩长L，根据土层情况拟定；单桩竖向承载力Ra，由设计要求或设计计算确定；复合地基承载力特征值fsp,k，按规范公式计算确定。

3.3设计流程

由水泥土的无侧限抗压强度fcu 得到单桩承载力设计值Ra，再根据桩端土承载力特征值及桩周土侧阻力得到另一单桩承载力设计值Ra，偏于安全角度考虑取较小值为设计值。由地质资料确定桩长，再根据复合地基承载力特征值的设计要求（fsp,k≥100kPa）及确定的单桩承载力设计值Ra，进行复合地基面积置换率的设计，确定面积置换率。根据最佳面积置换率验证复合地基承载力特征值是否达到设计要求。

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本文通过选择桩径D=0.5m并且对这种方案从满足复合地基承载力、稳定性要求、沉降变形的要求程度上进行分析。设计流程如下：

工程地质条件 地基处理方案选择 稳定验算、沉降计算 复合地基设计计算 确定桩长和置换率 施工组织设计 结 论

3.4 设计要求及参数

3.4.1 设计要求

（1）单桩容许承载力特征值：Ra≥125kN； （2）复合地基承载力特征值：fsp,k≥100kPa； （3）复合地基稳定安全系数：F≥1.1

（4）复合地基工后沉降：一般路段30cm，桥头结合部10cm 3.4.2 设计参数

（1）布桩形式：正三角形； （2）桩径：D=0.5m；

（3）桩中心间距：S=(1~4)D=0.5~2m,一般路段取1.5m，桥台及其过渡段取1.2m。

（4）桩长：根据地质资料及地区高速公路成功经验，取10~11m。

3.5 单桩竖向承载力设计

进行设计时，单桩竖向承载力特征值应按式（3-1）估算，并应同时满足式（3-2）的要求，应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力，并取其中较小值。

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nRaupqsiliApqp （3-1）

RafcuAp （3-2）

i1式中：Ra——单桩竖向承载力特征（kN）；

fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为

70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期的方体抗压强度平均值（kPa）； ——强度折减系数,可取0.3~0.4，取=0.35； Ap——桩截面积，取Ap=0.196m2，； n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值。按“规范”，对淤泥可取4～7kPa； 对淤泥质粘土可取6～12kPa；对软塑状态的粘性土可取10～15kPa；对可塑状态的粘性土可取12～18kPa；

up——桩的周长，取up=1.57m

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值，取qp=250kPa。 li——桩长范围内第i层土层厚度（m）；

——桩端天然地基土的承载力折减系数,可取=0.4～0.6，承载力

高时取低值，反之取高值。本次工程取0.5；

3.6 搅拌桩复合地基承载力特征值的计算 搅拌桩复合地基承载力特征值按式（3-3）计算：

fspkmRa/Ap(1m)fsk （3-3）

式中：fspk——复合地基承载力特征值（kPa）； m——面积置换率；

Ra——单桩竖向承载力特征值（KN）；

； Ap——桩的截面积（m²）

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——桩周土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取0.5~1.0，当桩

端土为硬土时，可取0.1~0.4，本工程取0.5；

，可取天然地基承载力特征值。fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa）

本工程取70kPa。

3.7置换率与桩数的计算

根据设计要求的单桩竖向承载力特征值Ra和复合地基承载力特征

值

fspk计算搅拌桩的置换率m和总桩数n：

'mfspkfskRa/Apfskn' （3-4）

mA （3-5） Ap又，对于正三角形布置的搅拌桩， 置换率 mAp （3-6） 3S2/2式中：A——地基加固面积（m2）；其他符号同上。

注：由式（3-4）计算得到的置换率须不小于按式（3-6）计算得到的置换率，否则按式（3-6）计算置换率。

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4稳定验算与沉降计算

4.1稳定计算

稳定验算时，地震力的计算应遵照现行《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004-）的规定，只考虑水平向地震力而不考虑竖向地震力。

地基路堤整体抗剪稳定验算应采用圆弧条分法；宜用总应力法或有效应力法，有条件时可采用有效应力法（准毕肖普法）计算稳定安全系数F。

当采用总应力法时，按式（4-1）计算。式中地基的抗剪强度采用总强度（天然十字板抗剪强度），或采用直剪快剪指标的cq、q值。但路堤填料的抗剪强度则采用直剪快剪指标的cq、q值。

FSi(SjPj) （4-1）

PT式中：i、j——如图4.1示，下标i、j是区分土条底部的滑裂面是在地基土层内（AB弧）或在路堤填料内的分条编号，即按地基滑裂面及路堤滑裂面分两大段分别编土条顺序号；

PT——各土条在滑裂面切线方向的下滑力的总和，

PT(Wisini)(Wjsinj)M/R；

Si——地基土内（AB弧）抗剪力，SiiLi（不考虑固结作用时），或

SiWicositanqicqiLi；

Sj——路堤内（BC弧）抗剪力，SjWjcosjtanqjcqjLj；

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W——滑裂体某一土条（下标可为i或j）的总重量，W1WciW1i，KN； Wci，W1i当第i土条的滑裂面处于地基内（AB弧）时，分别为滑裂面以上该土

条中的地基自重及路堤自重，kN；

——土条底部滑裂面对水平面的夹角；

L——土条底部滑弧长，m； R——滑裂面半径，m；

该土条滑裂面所处地基土层的天i——当第i土条的滑裂面处于地基土层内时，然十字板抗剪强度；

cqi,qi——当第i土条的滑裂面处于地基内（AB弧）时，分别为该土条所在土层

的快剪（直剪）内聚力cq（kPa）及快剪内摩擦角q；

cqj,qj——当第j土条的滑裂面在路堤填料内（BC弧）时，分别是该土条滑裂面

所处路堤填料内聚力C（kPa）及内摩擦角；

Pj——当第j土条的滑裂面在路堤填料内时，若该土条滑裂面与设置的土工织

物相交，则P为该层土工织物每延米宽（顺路线方向）的设计拉力；

M——某些外力（如水平向地震力产生的对滑裂面圆心的滑动力矩）。

路基的水平地震荷载，应按式（4-2）计算

EhsCiCzKhGs （4-2）

式中：

Ci———重要性修正系数，应按表4.1采用；

Cz———综合影响系数，取Cz=0.25；

Kh———水平地震系数，应按表4.2采用；

Gs———路基计算土体的重力（kN）；

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Ehs———作用于路基计算土体重心处的水平地震荷载（kN）；

表4.1 重要性修正系数Ci 路线等级及构造物 重要性修正系数Ci 高速公路和一级公路上的抗震工程 1.7 高速公路和一级公路的一般工程、二级公路上的抗震重点工程、二、三级公路上 1.3 桥梁的梁端支座 二级公路的一般工程、三级公路上的抗震重点工程、四级1.0 公路上桥梁的梁端支座 三级公路的一般工程、四级公路上的抗震重点工程 0.6

表4.2 水平地震系数Kh 7 8 9 基本烈度（度） 0.2 0.4 水平地震系数（Kh） 0.1 根据式（3.1）计算断面的最小稳定安全系数必须等于或大于表4.3规定的容许值。

表4.3 稳定安全系数容许值

采用的的计算公式 稳定安全系数容许值 总应力法： 快剪指标 十字板剪切强度 有效应力法： 快剪与固结快剪指标 十字板剪切强度 准毕肖普法： 有效剪切指标 1.10 1.20 1.20 1.30 1.40 4.2沉降计算

水泥深层搅拌桩复合地基的沉降应包括搅拌桩群体的压缩变形S1和桩端下未加固土下卧层的压缩变形S2之和：

SS1S2 (4-3)

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4.2.1搅拌桩群体的压缩变形S1计算

将复合地基加固区增强体连同地基土看作一个整体，采用置换率加权模量作为复合模量进行压缩变形计算。

桩群体的压缩变形S1可按下式计算:

(PcP0)LS1 （4-4）

2E0

式中：

Pc——群桩体顶面的平均压力(kPa) P0——群 桩 体底面的附加压力(kPa); L——实际桩长（m）；

E0——群 桩 体的变形模量，可按式(4-5)计算：

E0 = mEp+(1-m)Es（4-5）

式中：

Ep——搅拌桩的变形模量，可取（100~120）qu（MPa）；

Es——桩间土的变形模量（MPa），取加权平均值。

4.2.2 复合地基下卧层的沉降计算

主固结沉降（Sc）

软粘土地基在荷载作用下沉降变形的主要部分为主固结沉降，此外还包括瞬时沉降与次固结沉降。

主固结沉降采用分层综合法计算，压缩试验资料可用ep曲线、压缩模量Es或elgp曲线。本工程采用ep曲线计算主固结沉降。

采用ep曲线时，主固结沉降应按式（4-6）计算：

ecielihi （4-6） Sci11eli式中：

n——地基沉降分层层数；

hi——地基沉降计算分层第i层计算分层厚度，宜为0.5~1.0m； eci——地基中第i层分层中点，在自重应力作用下稳定时的空隙比；

eli——地基中第i分层中点，在自重应力与附近应力共同作用下稳定时的空隙比。

采用压缩模量Es计算时，按式（4-7）计算：

n14

piSchi （4-7）

i1Esi式中：

Esi——压缩模量；

pi——地基中各分层中点的附加应力增量； hi——分层厚度。

n瞬时沉降（Sd）

由土体的侧向变形引起瞬时沉降，对处于弹性变形阶段的地基，其瞬时沉降宜按式（4-8）计算

PBSdF （4-8）

E

式中：

P——路堤底面中点的最大垂直荷载；

E——由无侧限抗压试验得到的弹性模量的平均值（分层厚度的加权平均值）； F——中线沉降系数，由图4.2查得；

B——计算示于图中，当缺少实测资料时，可取泊松比=0.4~0.5查图。

图4.2 梯形荷载中线地基沉降系数

次固结沉降（SB）

此固结沉降是土骨架上的有效应力基本保持不变的条件下，地基随时间的增长而发生的沉降，可按从主固结完成后开始，由时间-压缩曲线的斜率近似地求得固结沉降（SB）

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Cait2lg()hi （4-9） SBt1i11eli式中：

Cai——用空隙比变化计算时个软土层的次固结系数，

nCa(e1e2)/(lgt2lgt1) （4-10）

e1、e2——分别为空隙比与时间（对数）曲线尾端直线上两点的空隙比；

t1、t2——分别为相应于空隙比e1、e2的时间；

hi——各土层厚度，m。

复合地基下卧层的总沉降宜采用沉降系数m与主固结沉降Sc计算：

SmSc （4-11）

沉降系数m为一经验系数，与地基条件、荷载强度、加荷速率等因素有关，

其范围值为1.1~1.7。本工程取值1.3.。

也可由瞬时沉降、主固结沉降及次固结沉降之和计算，即

S2SdScSB(4-12)

本工程复合地基下卧层沉降采用式（4-7）与式（4-11）计算，沉降系数取1.3。

各处沉降应满足《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ 017-96）的规定。即：一般路段0.3m，桥台与路堤相邻处0.1m。

单桩承载力特征值设计，复合地基承载力特征值设计，稳定验算及沉降计算详见计算书。

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5水泥搅拌桩施工方案

5.1技术指标

5.1.1 深层搅拌桩

本次设计水泥搅拌桩桩径采用直径D=50cm，采用强度等级42.5普通水泥，水灰比0.45~0.5，设计水泥掺灰量15%。所购置的水泥应是国家免检产品，严禁使用过期、受潮、结块、变质飞劣质水泥。若采用其他固化剂，必须对产品的质量进行全面的检测，并做室内配方的比较、试验，确定证明其性能较水泥优越，或性能与水泥相当而且成本低，污染程度小时方可使用。

桩身设计28d无侧限设计抗压强度qu1.3Pa，单桩设计承载力125kN。

5.1.2碎石垫层及土工格栅

本次设计碎石垫层采用级配碎石垫层，含泥量<3%，渗透系数>103cm/s，并将其中植物、杂物除尽。级配碎石垫层摊铺厚度50cm。垫层两端采用土工格栅包裹。土工格栅采用双向聚合土工格栅。设计采用土工格栅双向抗拉强度》50KN/m，纵、横向伸长率<10%

5.2设计间距及布置形式

据稳定及沉降计算的要求，水泥深层搅拌桩桩距采用1.2~1.5m，桩位在平面上呈等边三角形布置，在构造物路段加固区和过渡区采用不同的桩距进行过渡，桥台前处理至锥坡前缘处。

体应穿透软土层进入下卧层50cm。

5.3施工工艺

1、定位

起重机（或塔架）悬吊搅拌机到达指定桩位对中。当地面起伏不平时，应使起吊设备保持水平。 2、预搅下沉

待搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉的速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。 3、制备水泥浆

待搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料中。 4、提升喷浆搅拌

当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。 5、重复上、搅拌

搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，应重复搅拌下沉。 6、关闭搅拌机、清洗

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向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。 7、移位

重复以上1~6步骤，再进行下一根桩的施工。

8、：深层搅拌机定位→预搅下沉→制配水泥浆→喷浆搅拌、提升→重复搅拌下沉→关闭搅拌机、清洗→位移至下一根桩、重复以上工序。

① 场地整平

场地施工前应先整平，场地整平标高应比设计标高再高出0.5m，待桩体施工完毕后，再清理开挖至原地面高度。 ②搅拌、喷浆

待搅拌机冷却水循环正常后，进行预搅下沉，下沉速率控制在0.38~0.75m/min，沉至设计加固深度后，以0.3~0.5m/min的均匀速度提升喷浆至地面顶，注浆压力保持在0.4~0.6MPa。为使软土和水泥浆搅拌均匀，应再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再搅拌提升出地面

5.4注意事项

水泥深层搅拌桩在施工到顶端0.3~0.6m范围时，因上覆压力较小，搅拌质量较差，现场场地应予以平整，场地平整标高应比桩体设计顶部标高高出50cm，待本段桩体施工完成后，再开挖至原地面，铺设垫层。

开机前必须调试，检查桩径运转和输浆管畅通情况。

桩位施工前，应在桩中心插桩位标，施工后将将桩位标复原，以便验收。 桩体施工完成后，再铺设垫层时，将桩体顶部0.5m的桩段人工挖去。 施工前应确定搅拌桩机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数，并应根据设计要求进行成桩试验，确定搅拌桩的配比等各项参数和施工工艺，宜用流量泵控制输浆速度，并应使搅拌桩提升速度与输浆速度同步。

制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。

当浆液到达出浆口后，应喷浆底座30s，使浆液完全到达桩端。

当喷浆口到达桩顶标高时，宜停止提升，搅拌数秒，以保证桩头的均匀密度。 施工时因故停浆。宜将搅拌机下沉至停浆点一下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3h，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输浆管路

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6 质量保证措施、体系及质量指标

6.1质量保证措施

1）加强质量教育，提高全员质量意识，严格按照国家及业主有关文件要求组织施工。开工前由项目总工向全体参加施工人员进行详细的技术交底，使施工人员熟悉本工程设计、质量标准和施工工艺要求。

2）各班设专职技术人员，检查施工质量，严把每道工序质量关。 3）施工中严格遵循本方案的成桩工艺及施工程序。 4）强化工序管理、严格工序控制。

6.2质量指标及检验标准

搅拌桩成桩质量检测按《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）6.3.11相关条文办理。

1）质量检验。

水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩体搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送试验室做(3个一组)28天龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压试验，以测定桩身强度。

3）外观鉴定

桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。搅拌均匀，凝体无松散。群桩桩顶齐，间距均匀。

4）检测标准：

序号 1 2 3 4 5 6 检测项目 桩距(cm) 桩径(mm) 桩长(cm) 竖直度(%) 桩身强度(MPA) 单桩承载力(KN) 规定值或允许偏差 ±10 不小于设计 不小于设计 1.5 不小于1.3 不小于125 检查方法和频率 抽查3％ 抽查3％ 喷浆前检查钻孔长度，成桩28天后钻孔取芯3% 抽查桩数3％ 成桩28天后钻孔取芯，桩体三等到分段各取芯样一个，成桩数3% 成桩数的0.2%，并不少于3根 5）检验程序

○1施工准备 ○2编制施工方案 ○3施工技术交底 ○4现场试桩 ○5检桩 ○6检测合格后，编写试桩报告，组织大规模的搅拌桩施工。

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7 水泥搅拌桩质量通病及防治措施

1、通过试桩来确定喷浆量、下钻的速度、提升速度及水泥泵中水泥浆压力等参数。

2、为了保证施工设备在施工现场能顺利施工，整平场地十分重要，对原有的沟塘进行必要回填、整平。

3、配备相应的标志牌，如施工技术参数标志牌，施工责任牌等。水泥搅拌桩在施工过程中，采用24小时全过程轮班旁站，按标志牌的内容与现场进行核对。

4、在水泥搅拌桩施工前，根据路基宽度和设计参数在施工平面画布桩图。依布桩图放出施工区域大样，在每区域按设计桩距进行桩位放样。桥台位置布桩时，要保证灌注桩和水泥搅拌桩有一定的间距，以确保灌注桩施工不出现坍孔。

5、专人负责水泥搅拌桩的施工，要求水泥搅拌桩施工进行24小时全过程旁站，且所有施工人员（包括技术员、施工员、机长）要求挂牌上岗，施工设备要求进行编号，主机塔架上标每米的刻度线，以便掌握钻进深度、复搅深度。

6、为保证施工完桩体的垂直度能满足设计或规范要求，在主机塔架上挂一吊锤，通过钻机支腿的升降来调整主机塔架的竖直度，从而确保钻杆和桩体的垂直度。

7、在钻进和提升的同时连续喷浆。当提升到设计停浆标高后，应慢速在原地搅拌10～20秒。

8、严格控制钻进和提升时的速度，严禁尚未喷浆的情况下钻进或提升钻杆作业。

9、施工过程中可能会出现卡钻头现象，可以采用加大喷浆量的方法，以满足整桩复搅的需要。

10、钻头经过一段时间施工后，应卸下来检查其尺寸，保证打出的桩体的尺寸能满足规范要求，否则将予以更换。

11、水泥搅拌桩固化剂是水泥浆。为防止喷浆时堵管，应该在进浆口处设滤网，防止结块的水泥或杂物进入压浆泵。

12、现场施工技术人员，施工人员严把喷浆量、提升速度及压力三个参数关、以确保水泥搅拌桩的成桩质量。并做好现场记录，及时整理资料，确保桩距

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和数量均满足设计要求。

13、28天龄期的水泥搅拌桩按3%频率钻芯取样检测，通过钻取的芯样检测桩体喷浆和搅拌是否均匀、桩体有没有断浆现象，桩长是否达到设计要求。

14、对芯样进行加工、磨制成等高试件做无侧限抗压强度，尽可能在芯样上、中、下三个部位各磨制一组，一组三个试件，根据三个试件的代表值评定桩体强度。

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8 结 论

本文针对粉体喷射深层搅拌法应用于软土地基加固过程中出现的问题，利用理论结合试验的分析方法进行了初步的研究，并得到如下认识：

（1）水泥土搅拌桩能显著提高软土地基的整体承载力, 其布桩灵活性较大, 可以适用于不同的加固目的和要求，淤泥层经水泥喷粉桩处理后, 原来的流塑淤泥变成了硬塑或固体的不均匀的土层, 土层的结构成分发生了变化，形成复合地基；

（2）水泥土搅拌桩设计施工前的室内配比实验相当必要，可为设计施工提供参考指标，做好现场土样的室内配比试验，寻求满足设计强度要求的最小掺入比，将直接带来相当的经济效益；

（4）在水泥搅拌桩复合地基设计中，需要确定桩径、桩长、面积置换率三个未知参数，桩径及桩长可根据施工经验及地质条件确定，而面积置换率存在一定的合理范围。因此，在设计过程中，应通过比较确定最优置换率，以确保“用足”而“不超”，既不浪费也能满足工程需要。以达到良好的成本控制。

（3）面积置换率确定的合理性很大程度上依赖于搅拌桩单桩竖向承载力，而后者在设计中通过理论计算结果往往与实际施工后存在一定的差异，因此动态设计显得尤为重要。

（4）水泥土搅拌桩可有效减少被加固区软土的沉降量, 复合地基的沉降量包括水泥土搅拌桩加固区的沉降和桩端下为加固土层的沉降，其中桩端以下未处理土层的压缩变形量占主要部分同时水泥土搅拌法可以提高边坡的稳定性。 （5）验算结果及工程实践表明，采用水泥搅拌桩处理后的软弱地基承载力有较大增加，工后沉降小，能很好满足高速公路对沉降控制的要求，水泥深层搅拌桩法是一种十分有效的软土地基处理方法，值得大力推广。

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