中国冶金地质总局第一地质勘查院 河北省三河市 065200
提要：结合宣化区某住宅区3号楼深层搅拌桩地基加固工程实例，就深层搅拌桩的设计计算进行了介绍。并就该方法在宣化地区的推广应用前景进行了展望。
关键词：深层搅拌桩软基加固、设计计算、推广应用前景
深层搅拌法是用于加固饱和软土地基的一种经济而有效方法，是利用水泥等材料作为固化剂，通过深层搅拌机在地基一定深度范围内，就地将软土与固化剂强制地搅拌在一起，使其产生一系列的物理化学反应，硬凝成具有整体性、水稳性和一定强度的桩柱体，若干根桩柱体和桩周土就构成了建筑物良好的复合地基。
这项软基技术，在我国东部沿海地区得到了大力推广和应用，较好地解决了沿海一带软弱地基加固问题。目前，在我国内陆软土分布地区，对这项技术越来越受到重视，在加固软土地基方面和深基坑支护方面也取得了很好的效果。本文仅通过在对宣化区某小区3号住宅楼采用深层搅拌桩加固软土地基的工程实例，谈谈该技术在宣化地区应用的体会和前景展望。
1. 工程概况
宣化位于宣化盆地中心，地势低洼而相对平坦，地下水位埋藏较浅 。在城区东及东南部分布有大面积软土。宣化某小区3号楼就座落在宣化城东部软土发育区。该楼地上6层，高20m，占地面积12.8×48m2，采用砖混结构，片伐基础，基础埋深2.2m，荷载160KPa。天然地基承载力仅90Kpa，因此，必须进行地基加固处理。要求处理后复合地基承载力达175KPa。根据勘察资料，地基土自上而下构成如下：
（1）素填土：埋深0.5-2.5m，由粉土、粉砂组成，稍密状态。
（2）杂填土：埋深0-0.5m，由建筑垃圾、粉土组成，状态松散。
（3）粉质粘土：埋深2.5-6.5m，局部夹灰黑色淤泥质薄层和粉砂透镜体，饱和、软塑状态，fak=90Kpa 。
（4）粉土：埋深6.5-9.5m,饱和、稍密状态。夹粉质粘土薄层。 fak=110Kpa 。
（5）粉质粘土：埋深9.5m以下，15m内未揭穿，分布稳定，厚度大，可塑状态，fak=160Kpa。
此前，同一场地内1号楼采用1.5m灰土垫层处理，效果不佳，在主体完成60%时，因沉降不均，纵墙开裂达40mm，形成“一线天”景观；2号楼采用振冲碎石桩复合地基，成本高，排污困难，且因强烈振动，扰民纠纷不断。为此，在确定3号楼的地基处理方案时，决定放弃传统做法，而引进和采用较先进的深层搅拌法加固地基方案。笔者有幸作为勘察单位代表与设计、施工单位一起对深层搅拌桩方案进行了论证、设计和施工。
2.层搅拌桩的设计与计算
（1）持力层与桩长的确定
根据《工程地质勘察报告》，选择等(5)层作为持力层，桩端进入持力层0.５则桩端埋深为10m，扣除基础埋深2.2m和砂垫层0.5m，实际桩长L=7.3m。
（2）成桩设备与桩径
采用DJB-14D单头深层搅拌机成桩，其桩径φ=500mm，桩截面积为Ap=0.196m2，桩周长Up=1.57m。
（3）单桩承载力的确定
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)及《软土地基深层搅拌加固法技术规程》(YBJ225-91)中有关规定，单桩承载力由下式确定：
Rk=qSikUpL+αAPfpk
式中Rk--搅拌桩单桩垂直承载力标准值，KN，
qSik___桩周土平均摩阻力标准值，12Kpa，
α__桩端土承载力折减系数，取0.5
fpk ---桩端地基承载力标准值，160Kpa
经计算，Rk=12×1.57×6.8+0.5×0.196×160=153KN
(4)水泥掺入比的确定
水泥掺入比即掺入的水泥重量与被加固软土实际重量的百分比(Aω)，它是根据单桩承载力所确定出的水泥土强度，然后配制不同掺入比，经室内试验确定的。
水泥土设计强度fu=Rd/η×AP
式中η__强度折减系数 取0.4
经计算fu=153/0.4×0.196=1952Kpa
通过室内三种不同掺入比的无侧限抗压强度试验；在28天龄期时三种结果对比如下表:
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从表中看出,2号试样无侧限抗压强度符合设计要求,故采用掺入比12%较为适宜。
(5)面积置换率的确定
根据单桩垂直承载力Rk和复合地基承载fsp，k，桩间土天然地基承载力fak和桩间土承载力折减系数β计算出面积转换率m。,计算公式如下：
m=fsp，k-βfak/[（Rk/Ap）-βfak] β--取0.55
经计算m=175-0.55×90/[（153/0.196）-0.55×90]=17.2%
(6) 桩数确定及布桩
在基础范围内按等边三角形布桩，布桩范围超出边墙外缘0.50m。最低计算桩数为：
n=m×A/AP= 0.172×645.05/0.196=566根
取桩距为桩径的2.5倍，等边三角形的边长为：S=2.5×0.5=1.25m，同时求得排距为
H=0.866S=0.866×1.25=1.1m
实际桩数确定如下：
a排数确定
P=1+12.8/1.1=12.6 取13排
b行数确定
H=1+48/1.1=44.6 取45行
c实际总桩数为n`=13×45=585根，满足最低桩数566根的需要，符合设计要求。
3. 地基承载力的验算
按实际布桩后的面积置换率为：
m′=n′•Ap/A=585×0.196/614.4=18.7%
根据实际布桩情况，重新计算复合地基承载力标准值
fsp，k′= m′•Rk/Ap+β(1- m′ )fak
=0.187×153/0.196+0.55×(1-0.187)× 90=186 Kpa＞175 Kpa
说明复合地基承载力满足设计要求。
４. 下卧层地基强度验算
本工程搅拌桩的面积置换率未超过20％，但桩为多行 排列，满堂布置，故应按群桩作用原理，把搅拌桩与桩间土视为实体基础，进行下卧层强度验算，即应满足下式要求：
ｆ′=fSp，R′A+G－qSikＡS－faK(A–A1)/A1<f
式中：f′--假想实体基础底面经修正后的承载力设计值Kpa，
f―下卧层强度Kpa
G－实体基础自重KN
ＡS－假想实体基础侧面积ｍ２
Ａ1－实际加固地基面积m2，与A相等
其它符号意义同前
经计算f′=186 x 645.05+645.05 ×7.3 x (19.5-10)-12
×(48.5+13.3)× ２×7.3-90×(645.05-645.05)/645.05=238.56 Kpa
按《建筑地基基础设计规范》（GB5007－2011），下卧层地基承载力设计值按下式确定：
f=fＲ+ηb·γ(B-3)+ηd·γ0(L-0.5)
式中：ηb、ηd－基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，分别 取0.2和1.5。
γ0、γ－分别为基础底面上下土的天然重度，取浮重度分别为7.6和8.7。
d－基础埋深m，室外地面算起，取10m。
经计算f=160+0.2 x 8.7 x (12.8-3)+1.5x 7.6 x(10-0.5)=285 Kpa
f′< f ，说明下卧层强度满足设计要求。
5. 地基变形计算（略）
6. 制桩工艺
本工程采用4次搅拌两次喷浆工艺。为保证桩头质量和一定的安全储备，喷浆距桩顶1m开始，至桩底标高下0.5米停止，因此搅拌桩实际长度为L′=8.8m。有关制桩过程和工艺本文不在鏊述，现就搅拌桩浆液计算简述如下：
固化剂采用425号硅酸盐水泥，水泥掺入量为桩土重量的12％，水灰比为0.5，为增强浆液流动性和桩土早期强度，掺入了水泥重量0.2％的木质素和0.1％的三乙醇安。每根桩实际水泥掺入量为：
W=(π/4) d2 L′aw γ′
式中γ′－为桩体浮重度，其它符号意义同前。
经计算W=(π/4)×0.5×0.5×8.8×0.12×1950 =404 kg
加水量 404×0.5 = 202 kg
外掺剂 404×0.003 = 1.2 kg
若按水泥、水、外掺剂溶重分别为3、1.6、1 计算，每根桩需水泥浆体积为：
V＝404/3 + 1.2/1.6 + 202/1 = 337 L。
7. 深层搅拌桩加固软土地基在宣化地区应用前景展望
本工程结束后，经对复合地基静载荷试验及桩身取芯检查，经设计、质检部门评定，认为施工质量良好，完全达到了设计要求。为此，笔者对该项工程所采用的软基加固方法进行了认真的总结，有以下几点体会：
（1）技术特点
a.设备工艺简单，施工中无噪音,无振动，无污染。
b.桩快，成本低，经济效益好，该项工程地基加固费用比采用其它处理方法节约资30%。
c.桩时挤土量小,浆液不溢出,对周围建筑物影响很小。
d.土体加固后重度变化不大。不会对软弱下卧层产生附加沉降适用于各种软土地基。
e.如在水泥浆液中掺入一定量的粉煤灰，复合地基造价还会有所下降。
（2）在宣化地区应用前景展望
宣化地处柳川河冲洪积扇之上，历史上由于河床频繁摆动，致使沉积物项变复杂，特别是形成多个水塘洼地，加之地下水位埋藏较浅，补给充足，地基土始终处于饱和状态，在非砂类土分布地区，形成大面积软土地基，承载力一般在60-100Kpa间。从宣化地区宏观上看，软土主要分布在城区中轴线以东，其它地段零星分布。因此，在宣化地区软土分布较为广泛，且软土主要分布在上部主要受力层范围之内，采用其它方法进行加固，存在诸如排污、噪音、振动挠民、成本高等问题，在非高层建筑前提下，而采用深层搅拌加固地基方案，这些问题将迎刃而解，因此，该项技术在宣化地区，有很高的推广价值和良好的应用前景。
目前，宣化地区随着城市的发展，高层建筑、深基坑开挖不断增多，而采用不同形式布 桩，在软土基坑可起到基坑围护、防渗的作用。深层搅拌加固软土地基在宣化被普遍采用，并且施工工艺和应用范围有了新的提高和扩展。