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[摘 要]根据水泥碎石桩复合地基承载机理和特性，提出通过褥垫层设置和改善桩间土强度——水泥碎石桩的布置，结合工程实例简要说明其在水利工程中的演变，作为水泥碎石桩的一种拓展应用。
[关键词]水泥 碎石桩 复合地基 演变应用
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0069-01
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化。复合地基由于充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价，得到了越来越广泛的应用，在建筑工程中早先已经进入地基处理阶段。在水利工程中的应用，是一个尝试性应用，现试图通过水泥碎石桩高承载力、强度稳定、抗变形能力强的特点，并利用褥垫层的设置充分发挥桩间土的承载力和沉降稳定性的作用。
1基本原理
水泥碎石桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。水泥碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。水泥碎石桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上水泥碎石桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
粉煤灰中含有大量Si02、A1203等，能反应产生凝胶的活性物质，它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在。这种球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反应主要是水泥遇水后产生水解与水化反应，水泥水化生成硅酸钙晶体，这些晶体产生部分强度，同时水泥水化生成氢氧化钙通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体表面，发生化学吸附和侵蚀，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，大部分水化产物开始以凝胶体出现，随着凝期的增长，逐步转化为纤维状晶体。外随着数量的不断增加，晶体相互交叉，形成连锁结构，填充混合物的孔隙，形成较高的强度，随着粉煤灰活性的不断调动，使水泥粉煤灰不仅有较高的早期强度，而且其后期强度也有较大提高。
这里水泥碎石桩是在散粒体碎石桩的基础上，为了加强桩身强度在散粒体中注入按一定配比的水泥与粉煤灰的混合胶凝材料而形成的一种桩基体。在复合地基处理方面，水泥碎石桩有它特有的优势和性能特点。它的可变黏结强度和多种不同的施工工艺，一方面，使它的适应性增强和适用范围扩大，另一方面，其施工方法更趋向于简单化和普遍化。蚌埠闸扩建工程中的水泥碎石桩是因工程4、5段翼墙和公路桥桥头挡土墙的结构需要而进行复合地基处理的基础项目，其设计桩径均为300mm。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置—定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的—个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
2设定技术规范
众所周知，水泥粉煤灰稳定碎石结构目前尚无相应的技术标准及规范，但从上述原理分析上看，水泥与粉煤灰和石灰与粉煤灰的反应机理很相似，都实际上是氢氧化钙与粉煤灰玻璃体的反应，只不过水泥能够形成较高的早期强度，因此在工程初期我们综合参考石灰粉煤灰稳定碎石及水泥稳定碎石的相关技术标准及规范，决定暂时按下述要求进行配合比设计及试验段施工。
2.1 原材料质量要求
2.1.1 水泥：采用水泥稳定土基层技术规范中关于水泥的质量要求。
2.1.2 粉煤灰：采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于粉煤灰的质量要求。
2.1.3 碎石：采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于碎石的质量要求。
2.2 其他质量要求
2.2.1 根据《施工技术规范》的规定，同时考虑工程进度的要求决定下基层 7天无侧限抗压值≥5MPa，上基层7天无侧限抗压值应≥1OMPa。
2.2.2 水泥粉煤灰与集料的比初步采用20：80-15：85。
2.2.3集料级配采用规范级配的中值。
3 配合比设计试验及施工控制特点
3.1 按照上述要求，进行了配合比组成设计试验，测定不同的水泥、粉煤灰剂量的7天及28天抗压强度，以确定满足桩体设计强度的水灰比。采用水泥+粉煤灰占总量的15%、20%，以水灰比0.6、0.6、0.8进行试验。
具体试验数据如表1：
经比较，选用水灰比为0.6。
3.2 试桩正式施工前的试桩是为了达到设计要求而确定施工中的一些参数的目的，如：材料用量、水灰比、灌浆量等，经过试桩，一般情况下，粗骨料的充填系数为1.1—1.2，水泥用量为46kg/m，粉煤灰用量为水泥用量的30%。
3.3 施工顺序。根据具体的地质条件，如果比较密实的地层，可采用逐次施工方法，如果地质条件不是很好，需采用跳打法施工。本工程的地质条件比较复杂，需针对不同的地质现象采取不通的施工方法，如左岸4、5段翼墙因地基大部分是回填土，结构相对来说比较松散需采用跳打法，而挡土墙部分，结构比较密实，可以采用逐次跳打法。
3.4 钻速控制。针对不同的地层特点，控制钻机的钻进速度，虽然SPG- 100型钻机只有一档进速，但是，可以通过控制钢丝绳的进给快慢和给钻头加重来控制钻机的钻速。
3.5 一次换浆控制。在钻进结束后，要反复来回拉动钻头，使孔内沉渣随泥浆排出。由于碎石桩施工主要是采用清水钻进，所以，在第一次清孔中控制孔内沉渣尤为重要。
3.6 下注浆管。根据孔深，注浆管离孔底高度一般要小于30cm。
3.7 投石子。在二次清孔的同时向孔内投放石子，在这过程中，要注意使石子均匀落人孔内，避免石子大量涌人卡在孔中，出现断桩现象。
3.8 灌注水泥浆。采用双控标准，即：第一，控制水泥用量每米不小于 45kg，第二，当孔内水泥浆溢出后方可停止第一次注浆。
3.9 二次复注。在第一次注浆结束后30min，提拔注浆管至桩长的1/2处进行复注，这样，一方面，可以补充因为水泥浆的沉淀而导致桩的上部空缺，另一方面，也可以增强桩的密实度。
4 扩建工程中碎石桩施工的特点
4.1 桩长不等，地点不集中，给施工带来很大的难度。
4.2 施工中水泥用量较大。需用46kg的水泥和13.8kg的粉煤灰，一方面固然是为了满足桩基强度的需要，另一方面，相对于工民建中传统的碎石桩来说却提高了施工成本，当然，相对于水泥搅拌桩或其它桩基来说又节省了一部分成本（本工程前期设计的桩基是水泥搅拌桩）。
4.3 分散性施工严重制约着工期的进展。
5 成桩检测及结论
5.1 以复合地基静压结果数据看，本工程所采用的复合地基的应用，可最大限度地发挥这种的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。
5.2 复合地基中由于水泥碎石桩桩体材料可以掺人工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发押桩间土的承载能力，其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，工程造价一般为桩基的1/3-1/2，经济效益和社会效益非常显著。
5.3 是否设置褥垫层以及垫层的材料和厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥，合理的垫层厚对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利的。
[关键词]水泥 碎石桩 复合地基 演变应用
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0069-01
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化。复合地基由于充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价，得到了越来越广泛的应用，在建筑工程中早先已经进入地基处理阶段。在水利工程中的应用，是一个尝试性应用，现试图通过水泥碎石桩高承载力、强度稳定、抗变形能力强的特点，并利用褥垫层的设置充分发挥桩间土的承载力和沉降稳定性的作用。
1基本原理
水泥碎石桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。水泥碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。水泥碎石桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上水泥碎石桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
粉煤灰中含有大量Si02、A1203等，能反应产生凝胶的活性物质，它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在。这种球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反应主要是水泥遇水后产生水解与水化反应，水泥水化生成硅酸钙晶体，这些晶体产生部分强度，同时水泥水化生成氢氧化钙通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体表面，发生化学吸附和侵蚀，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，大部分水化产物开始以凝胶体出现，随着凝期的增长，逐步转化为纤维状晶体。外随着数量的不断增加，晶体相互交叉，形成连锁结构，填充混合物的孔隙，形成较高的强度，随着粉煤灰活性的不断调动，使水泥粉煤灰不仅有较高的早期强度，而且其后期强度也有较大提高。
这里水泥碎石桩是在散粒体碎石桩的基础上，为了加强桩身强度在散粒体中注入按一定配比的水泥与粉煤灰的混合胶凝材料而形成的一种桩基体。在复合地基处理方面，水泥碎石桩有它特有的优势和性能特点。它的可变黏结强度和多种不同的施工工艺，一方面，使它的适应性增强和适用范围扩大，另一方面，其施工方法更趋向于简单化和普遍化。蚌埠闸扩建工程中的水泥碎石桩是因工程4、5段翼墙和公路桥桥头挡土墙的结构需要而进行复合地基处理的基础项目，其设计桩径均为300mm。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置—定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的—个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
2设定技术规范
众所周知，水泥粉煤灰稳定碎石结构目前尚无相应的技术标准及规范，但从上述原理分析上看，水泥与粉煤灰和石灰与粉煤灰的反应机理很相似，都实际上是氢氧化钙与粉煤灰玻璃体的反应，只不过水泥能够形成较高的早期强度，因此在工程初期我们综合参考石灰粉煤灰稳定碎石及水泥稳定碎石的相关技术标准及规范，决定暂时按下述要求进行配合比设计及试验段施工。
2.1 原材料质量要求
2.1.1 水泥：采用水泥稳定土基层技术规范中关于水泥的质量要求。
2.1.2 粉煤灰：采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于粉煤灰的质量要求。
2.1.3 碎石：采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于碎石的质量要求。
2.2 其他质量要求
2.2.1 根据《施工技术规范》的规定，同时考虑工程进度的要求决定下基层 7天无侧限抗压值≥5MPa，上基层7天无侧限抗压值应≥1OMPa。
2.2.2 水泥粉煤灰与集料的比初步采用20：80-15：85。
2.2.3集料级配采用规范级配的中值。
3 配合比设计试验及施工控制特点
3.1 按照上述要求，进行了配合比组成设计试验，测定不同的水泥、粉煤灰剂量的7天及28天抗压强度，以确定满足桩体设计强度的水灰比。采用水泥+粉煤灰占总量的15%、20%，以水灰比0.6、0.6、0.8进行试验。
具体试验数据如表1：
经比较，选用水灰比为0.6。
3.2 试桩正式施工前的试桩是为了达到设计要求而确定施工中的一些参数的目的，如：材料用量、水灰比、灌浆量等，经过试桩，一般情况下，粗骨料的充填系数为1.1—1.2，水泥用量为46kg/m，粉煤灰用量为水泥用量的30%。
3.3 施工顺序。根据具体的地质条件，如果比较密实的地层，可采用逐次施工方法，如果地质条件不是很好，需采用跳打法施工。本工程的地质条件比较复杂，需针对不同的地质现象采取不通的施工方法，如左岸4、5段翼墙因地基大部分是回填土，结构相对来说比较松散需采用跳打法，而挡土墙部分，结构比较密实，可以采用逐次跳打法。
3.4 钻速控制。针对不同的地层特点，控制钻机的钻进速度，虽然SPG- 100型钻机只有一档进速，但是，可以通过控制钢丝绳的进给快慢和给钻头加重来控制钻机的钻速。
3.5 一次换浆控制。在钻进结束后，要反复来回拉动钻头，使孔内沉渣随泥浆排出。由于碎石桩施工主要是采用清水钻进，所以，在第一次清孔中控制孔内沉渣尤为重要。
3.6 下注浆管。根据孔深，注浆管离孔底高度一般要小于30cm。
3.7 投石子。在二次清孔的同时向孔内投放石子，在这过程中，要注意使石子均匀落人孔内，避免石子大量涌人卡在孔中，出现断桩现象。
3.8 灌注水泥浆。采用双控标准，即：第一，控制水泥用量每米不小于 45kg，第二，当孔内水泥浆溢出后方可停止第一次注浆。
3.9 二次复注。在第一次注浆结束后30min，提拔注浆管至桩长的1/2处进行复注，这样，一方面，可以补充因为水泥浆的沉淀而导致桩的上部空缺，另一方面，也可以增强桩的密实度。
4 扩建工程中碎石桩施工的特点
4.1 桩长不等，地点不集中，给施工带来很大的难度。
4.2 施工中水泥用量较大。需用46kg的水泥和13.8kg的粉煤灰，一方面固然是为了满足桩基强度的需要，另一方面，相对于工民建中传统的碎石桩来说却提高了施工成本，当然，相对于水泥搅拌桩或其它桩基来说又节省了一部分成本（本工程前期设计的桩基是水泥搅拌桩）。
4.3 分散性施工严重制约着工期的进展。
5 成桩检测及结论
5.1 以复合地基静压结果数据看，本工程所采用的复合地基的应用，可最大限度地发挥这种的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。
5.2 复合地基中由于水泥碎石桩桩体材料可以掺人工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发押桩间土的承载能力，其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，工程造价一般为桩基的1/3-1/2，经济效益和社会效益非常显著。
5.3 是否设置褥垫层以及垫层的材料和厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥，合理的垫层厚对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利的。