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摘要：通过水泥搅拌桩处理过的土体，其承载力和强度均有明显的提升，一方面可以降低放坡开挖的坡度，节省建设空间，另一方面也大大提高了软土基坑的安全性。这一点尤其对于水利工程软土地区的基坑工程更加适用，已经成了软土地区小型水利工程基坑开挖的常用手段之一。本文分析了目前几种常见的水泥搅拌桩复合土体强度确定方法，并以泵房北侧开挖边坡为工程实例进行验算并进行对比分析，以期对今后的工程设计提供一些参考和帮助。
关键词：软土；放坡开挖；水泥搅拌桩；复合土体
引言：
在实际工程实践中，对于有放坡开挖条件的工程，放坡开挖仍然是最经济最方便的基坑开挖方式。在软土地区，由于软土具有能力低，易变形等特点，往往需要将坡度设置的比较缓，这样会占用较大的空间，即便如此，软土地区边坡失稳的事故也经常发生。水泥搅拌法是加固软土最常用的方法之一，在采用放坡开挖的基坑工程中也得到了很大的应用，通过水泥搅拌桩处理过的土体，其承载力和强度均有明显的提升，一方面可以降低放坡开挖的坡度，节省建设空间，另一方面也大大提高了软土基坑的安全性。这一点尤其对于水利工程软土地区的基坑工程更加适用，已经成了软土地区小型水利工程基坑开挖的常用手段之一。
目前关于水泥搅拌桩复合地基的研究主要集中在复合地基竖向承载力和沉降问题的研究上，对水泥搅拌桩复合地基强度和整体稳定的研究还相对比较少，相关规范也不是很明确，《建筑地基处理技术规范》[1]中针对水泥搅拌法的章节就没有稳定分析的相关内容，不过在《复合地基技术规范》[2]中有相关规定，指出当水泥土桩处理稳定性工程时应进行稳定性验算，复合地基加固区强度指标可采用复合土体综合强度指标也可分别采用桩体和桩间土的强度指标计算，但是该规范并没有明确复合土体综合强度的取值方法。另外一些规范如《广东省海堤工程设计导则（试行）》[3]、《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》[4]等建立了复合土体等效强度的计算方法。但是国内的一些学者（陈富强[5]）也提出，相关计算方法可能与实际情况不符且不利于工程安全，也进一步提出了相关计算方法。在实际工程中，若将水泥搅拌桩与土体分开计算，则工作量比较大，建立模型也非常不易。因此研究复合土体的强度问题是非常有必要的。
1.工程算例
本次以某工程泵房段北侧开挖边坡为工程算例，该段以1：2.0的坡比进行放坡开挖，在开挖的坡段采用搅拌桩对淤泥层进行置换加固，搅拌桩φ500@1000×1000，桩长 14m。同时，在坡底的泵房基础及水闸闸室基础也采用格栅式搅拌桩对基底淤泥层进行置换加固，搅拌桩φ500@350，桩长10m。本文关于边坡稳定的计算主要采用Autobank7.7进行。
对本工程来说，基坑边坡是临时性边坡，且工程区域内主要为淤泥及淤泥质土等粘性土，其孔隙水压力及开挖过程中的渗流压力不易求得，采用毕肖普法能有效避免这一问题，因此本工程整体稳定分析时均采用的是简化毕肖普法、总应力法。淤泥的强度参数取c=7kPa、φ＝6°，淤泥质土强度参数取c=10kPa、φ＝7°。
2.几种复合土体强度参数确定方法的比较分析
2.1桩体和桩间土分算
如果将桩体和桩间土分别计算时，对于水泥搅拌桩桩体强度指标，与实际岩土的性质以及工程条件及成桩质量都有很大关系，通常情况下，当水泥土的无限抗压强度qu在0.61～3.0MPa 的范围内，其粘聚力比天然土的大10～20倍，内摩擦角增加一倍左右。对于本工程，水泥土的抗压强度qu为1.0MPa，参考《地基处理手册》（第三版）中水泥土抗剪强度的室内试验成果，进一步考虑淤泥的强度指标和工程经验，适当折减后取搅拌桩桩体强度指标为c=150kPa，φ=25°。计算时，对于格栅式水搅拌处理的泵房地基，仍采用《广东省海堤工程设计导则（试行）》中给出的复合土体强度计算方法，计算时取c=24kPa，φ=20°。同时，因搅拌桩直接为0.5m，经计算，边坡整体稳定安全系数Fs=1.393。
2.2《广东省海堤工程设计导则（试行）》中给出的方法
《广东省海堤工程设计导则（试行）》规范中给出了计算水泥搅拌桩粘聚力的方法，其中桩身强度折减系数取0.2，φ取22°，计算c=67.4 kPa，考虑适当折减，取c=60kPa进行计算。
首先可以确定复合土体的粘聚力c值，计算时取搅拌桩桩身强度指标为c=60kPa，φ=22°，本算例中置换率m=20%，按以下公式进行计算：
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对于内摩擦角φ值的计算，应先确定搅拌桩及桩周土的刚度，搅拌桩及桩周土的刚度是该计算方法中比较难以确定的，搅拌桩桩身的压缩刚度可根据《地基处理手册》中介绍的Es=60～100MPa，本文取60 MPa，对于土层的刚度，可参考杨光华《深基坑支护结构实用算法及应用》中给出的广东地区常见土质的强度和变形模量，对于淤泥：E0=0.6～1.5MPa，淤泥质土：E0=4～8MPa本次计算取淤泥E0=1MPa，淤泥质土E0=6MPa，则按式3.3-4～3.3-8计算的搅拌桩及桩周土的刚度如下：
计算得到的值应考虑适当折减，复合土体强度指标最终取c= kPa，φ=18°，经计算，边坡整体稳定安全系数s=1.590。
2.3《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中给出的方法
本方法计算时比较难以确定的是土层的固结度，对于本工程所处的淤泥及淤泥质土来说，固结度一般在0.5～0.8之间，则计算的复合土体等效强度指标 在37～47 kPa之间，计算时，取 kPa。经计算，边坡整体稳定安全系数Fs=1.531。
2.4陈富强提出的方法
陈富强[5]提出一种根据《复合地基技术规范》[2]中给出的水泥搅拌桩复合地基竖向承载力公式结合Prandtl地基承载力公式反算φ值的方法，对于c值，仍按面积置换率进行计算，同时计算时考虑安全系数为2，取 对原公式进行了修正。由3.2计算成果，复合土体c=17.6kPa。反算φ值时，首先按《复合地基技术规范》中的复合地基竖向承载力公式，计算 。
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其中Ra根据《复合地基设计规范》单桩竖向抗压承载力特征值按公式（5.2.2-1）和公式（5.2.2-2）计算后取最小值，经计算最小值为58.8 kPa。
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则 ，根据公式3.4-25进一步反算φ值为10°。其计算值与《广东省海堤工程设计导则（试行）》相比内摩擦角减小了一倍左右，经计算，边坡整体稳定安全系数Fs=1.319。
2.5几种复合土体强度计算方法的比较分析
对于本节介绍的几种搅拌桩复合土体的计算方法来说，《广东省海堤工程设计导则（试行）》中给出的方法参数相对较多，另外水泥土桩及桩间土的刚度确定起来比较麻烦，但对于不同土质，取地区经验值即可满足计算的精度要求也是本方法比较好的一点，是目前水利工程中水泥搅拌桩复合桩复合土体强度参数的主要计算方法；《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中给出的方法虽然比较简单，但土层固结度的确定确实一个非常困难的问题，而且选用不同参数得到的结果偏差很大，在工程应用中，比较难以把握，本文不推荐采用；陈富强根据《复合地基技术规范》[2]中给出的水泥搅拌桩复合地基竖向承载力公式并结合Prandtl地基承载力公式给出了反算φ值的方法，在本工程中应用该方法发现其计算结果与桩土分开计算得到的结果非常接近，除此之外，该方法计算起来相对比较容易，对于工程应用来说，是一种比较不错的计算方法，然而该方法目前未被相关行业规范所采用，其正确性仍有待进一步实践检验，在工程设计中可以作为一种不错的参考方法。
3.结论
陈富强在文献[5]中给出的方法与桩体与土体分开计算的结果较为接近，《广东省海堤工程设计导则（试行）》规范给出的计算方法计算结果相对偏大10%左右。本文认为陈富强在文献[5]中给出的方法计算比较简便，且比较接近真实值，是一种值得在工程实践中应用的一种方法，但其合理性还需更多的工程实例进行验证。目前推荐采用广东省海堤工程设计导则（试行）》规范中给出的方法，但设计时也应注意该方法计算结果可能偏不安全。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.复合地基技术规范（GB/T50783-2012）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[3]广东省水利厅.《广东省海堤工程设计导则》（试行）（DB44∕T182-2004）[S].北京：中国水利水电出版社，2004.
[4]中华人民共和国交通部.公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ017-96）[S].北京：人民交通出版社，1997.
[5]陈富强，杨光华等.水泥搅拌桩复合地基强度参数取值方法探讨[J].地下空间与工程学报，2013（09）：1559-1561.