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【摘 要】根据当地地质条件，结合工程实际，介绍了水泥土桩复合地基在工业建筑中的应用賆取得了较好的经济效益。
【关键词】工业建筑；水泥土桩；复合地基；设计应用
Cement pile composite foundation application in industrial buildings
Huang Xiao-ping
(Xinyu Iron and Steel Group No.1 power plant Xinyu Jiangxi 338000)
【Abstract】According to the local geological conditions, combined with engineering practice, describes the cement pile composite foundation construction in the industrial application of Pian has achieved good economic results.
【Key words】Industrial buildings;Cement pile;Composite foundation;Design applications
水泥土搅拌桩采用水泥作为加固料，通过机械办法，使水泥与天然土体强制搅拌混合，经过一段时间的一系列物理、化学反应，使之成为具有整体性，水稳性和一定强度的柱状水泥土结构，水泥土搅拌桩与原状土共同形成强度与变形模量均有显著提高的复合地基，此法优点：无振动、无噪音、无环境污染，造价低，工期短。以下通过工程实例来说明水泥土在工业建筑中的应用。
1. 工程概况
1.1 某工程一双跨单层检修厂房，建筑面积3046m2，主跨21m，附跨15m，调度12m，主跨内设有什么台15t吊车，附跨内设有什么台5t吊车，钢筋砼排架结构。
1.2 工程地质条件。
根据地质勘探报告，土质情况如下：首层为新填土，厚度3～4m，第二层为淤填土，厚度为1.2～1.5m，第三层为淤泥质粘土，厚度约为3m，第四层为粉质粘土，厚度约2m,第五层为中砂层，厚度约为1.3m；第六层为强风化凝灰质岩，厚度为8m。
2. 基础造型
根据地质条件，我们在设计时分别考虑：（1）换土法；（2）水泥搅拌桩；（3）人工挖孔桩；（4）沉管灌注桩等方案。针对工程工期短，造价低等特点，对以上几种方案进行分析、比较，方案2比其它方案造价低25%～40%。因此，我们对该软土地基采用水泥搅拌桩复合地基加固处理，在复合地基上设计钢筋砼独立基础。
3. 水泥土搅拌桩及复合地基的设计
3.1 桩身及桩径设计师。
根据本地区的施工机具条件，桩采用500mm，加固料42.5级矿渣水泥，参考同类土质的相关资料，水泥掺入量为18%，水泥土的无侧限抗压强度fcuk为1500KPa。
3.2 桩长设计。
桩长受各种因素影响，主要有复合地基的承载力、地质条件及施工条件。一般来讲，它必须有足够的长度保证桩周摩擦力或桩端持力到一定的单桩承载力。参考有关文献，临界桩长的Hc的取值范围如下：
当Ｅ/ＥＳ＝10－50时，Ｈc＝（8－20）d
当Ｅ/ＥＳ＝50－100时，Ｈc＝（20－25）d
当Ｅ/ＥＳ＝100－200时，Ｈc＝（25－33）d
式中，Ｅ、ＥＳ分别为桩体与土体的变形模量，d为桩径。
本工程按以上参考，分析的Ｈc＝15m，根据土质的实际情况，桩长取12m，进入强风化凝灰质岩0.2m。
3.3 复合地基承载力的确定。
水泥土桩复合地基是一种竖向增强体复合地基，主要受力层为加固体，其承载力可通过现场的复合地基载荷试验确定，也可由计算确定，在实际中通常先按计算初定，再经过现场检测最终确定。计算初步承载力的计算方法是：先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，再一定的原则叠加即可。
由桩体材料确定单桩承载力特征值：
Ra=η.fcuAq
由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力特征值：
Ra=∪p∑qsi.ιi+aqp.Ap
式中，fcu为搅拌桩身水泥土立方体抗压强度平均值（KPa）
η为桩身强度折减系数
∪p为桩的周长（m）
N为桩长范围内所划分的土层数
qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值（KPa）
ιi为桩长范围内第i层土的厚度（m）
qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值（KPa）
a为桩端天然地基土的承载力折减系数
经计算，单桩承载力特征值取两者较小值：Ra=80KPa
fsp.k=m.Ra/Ap+β（l－m）.fsk
式中，fsp.k为复合地基承载力特征值（KPa）
m为面积转换率
Ra为单桩承载力特征值（KN）
Ap为桩的截面面积（m2）
β为桩间土承载力折减系数
fsk为处理后桩间承载力特征值（KPa）
3.4 桩间距设计。
桩间距设计，一般根据拟定的复合地基承载力特征值fsp.k反算出面积转换率m，再根据m确定桩间距L。
3.5复合地基的下卧层承载力验算。
根据本工程的地质特点，复合地基的加固区下为强风化凝质岩，无软弱下卧层，承载力满足要求，不需验算。
4. 沉降验算
竖向承载力搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形S1与桩端下未加固土层的压缩变形S2
搅拌桩复合土层的压缩变形S1可按下式计算：
S1＝（Pz+Pzl）.l/2Esp
Esp=m.Ep+（l-m）. Es
式中，Pz为搅拌桩复合土层顶面的附加压力值（KPa）
Pzl为搅拌桩复合土层底面的附加压力值（KPa）
Esp为搅拌复合土层的压缩模量（KPa）
Ep为搅拌桩的压缩模量（KPa）
Es为桩间土的压缩模量（KPa）
桩间下未加固土层的压缩变形S2计算;因本工程复合地基下为强风化凝质岩，故不考虑变形量S2。
经计算，总沉降量S= S1+S2=41mm，满足要求。
5. 结语
5.1 从本地的工程地质条件出发，充分利用复合地基的桩体效应，将水泥土桩复合地质基应用于工业建筑中在技术上是可行的，本地的多次工程实践证明与常规桩基方案相比，具有工期短，造价低等优点。
5.2 水泥土桩对桩间土具有一定的加固作用，但在设计时基底面积适当增加，以降低复杂地基中的应力水平，减少复合地基的绝对沉降量，并应严格控制基底平面开形心与结构竖向长期载重心的偏心距以减少不均匀沉降。
5.3 水泥土桩复合地基的应用目前仍处于半经验，半理论的状态，将其用于工业建筑中应加强试验与测试工作。
5.4 水泥搅拌桩复合地基在施工时，应严格控制施工质量，根据工程地质条件，对填土及较复杂的地基可适当加大水泥掺量，施工时可采用复喷复搅等方法，以提高桩身的强度和密实度，减少沉降。
参考文献
［1］ 龚晓南，复合地基，浙江大学出版社，1992.
［2］ 建筑地基处理技术规范（JG79-2002）.
［3］ 建筑地基基础规范(GB50007-2002).
［4］ 吴连祥，邵锦周，2001《建筑结构》水泥土桩复合地基在小高层建筑中的应用.
［文章编号］1006-7619（2011）04-05-316
［作者简介］ 黄小平，职称：工程师，工作单位：新余钢铁集团一动力厂。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】工业建筑；水泥土桩；复合地基；设计应用
Cement pile composite foundation application in industrial buildings
Huang Xiao-ping
(Xinyu Iron and Steel Group No.1 power plant Xinyu Jiangxi 338000)
【Abstract】According to the local geological conditions, combined with engineering practice, describes the cement pile composite foundation construction in the industrial application of Pian has achieved good economic results.
【Key words】Industrial buildings;Cement pile;Composite foundation;Design applications
水泥土搅拌桩采用水泥作为加固料，通过机械办法，使水泥与天然土体强制搅拌混合，经过一段时间的一系列物理、化学反应，使之成为具有整体性，水稳性和一定强度的柱状水泥土结构，水泥土搅拌桩与原状土共同形成强度与变形模量均有显著提高的复合地基，此法优点：无振动、无噪音、无环境污染，造价低，工期短。以下通过工程实例来说明水泥土在工业建筑中的应用。
1. 工程概况
1.1 某工程一双跨单层检修厂房，建筑面积3046m2，主跨21m，附跨15m，调度12m，主跨内设有什么台15t吊车，附跨内设有什么台5t吊车，钢筋砼排架结构。
1.2 工程地质条件。
根据地质勘探报告，土质情况如下：首层为新填土，厚度3～4m，第二层为淤填土，厚度为1.2～1.5m，第三层为淤泥质粘土，厚度约为3m，第四层为粉质粘土，厚度约2m,第五层为中砂层，厚度约为1.3m；第六层为强风化凝灰质岩，厚度为8m。
2. 基础造型
根据地质条件，我们在设计时分别考虑：（1）换土法；（2）水泥搅拌桩；（3）人工挖孔桩；（4）沉管灌注桩等方案。针对工程工期短，造价低等特点，对以上几种方案进行分析、比较，方案2比其它方案造价低25%～40%。因此，我们对该软土地基采用水泥搅拌桩复合地基加固处理，在复合地基上设计钢筋砼独立基础。
3. 水泥土搅拌桩及复合地基的设计
3.1 桩身及桩径设计师。
根据本地区的施工机具条件，桩采用500mm，加固料42.5级矿渣水泥，参考同类土质的相关资料，水泥掺入量为18%，水泥土的无侧限抗压强度fcuk为1500KPa。
3.2 桩长设计。
桩长受各种因素影响，主要有复合地基的承载力、地质条件及施工条件。一般来讲，它必须有足够的长度保证桩周摩擦力或桩端持力到一定的单桩承载力。参考有关文献，临界桩长的Hc的取值范围如下：
当Ｅ/ＥＳ＝10－50时，Ｈc＝（8－20）d
当Ｅ/ＥＳ＝50－100时，Ｈc＝（20－25）d
当Ｅ/ＥＳ＝100－200时，Ｈc＝（25－33）d
式中，Ｅ、ＥＳ分别为桩体与土体的变形模量，d为桩径。
本工程按以上参考，分析的Ｈc＝15m，根据土质的实际情况，桩长取12m，进入强风化凝灰质岩0.2m。
3.3 复合地基承载力的确定。
水泥土桩复合地基是一种竖向增强体复合地基，主要受力层为加固体，其承载力可通过现场的复合地基载荷试验确定，也可由计算确定，在实际中通常先按计算初定，再经过现场检测最终确定。计算初步承载力的计算方法是：先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，再一定的原则叠加即可。
由桩体材料确定单桩承载力特征值：
Ra=η.fcuAq
由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力特征值：
Ra=∪p∑qsi.ιi+aqp.Ap
式中，fcu为搅拌桩身水泥土立方体抗压强度平均值（KPa）
η为桩身强度折减系数
∪p为桩的周长（m）
N为桩长范围内所划分的土层数
qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值（KPa）
ιi为桩长范围内第i层土的厚度（m）
qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值（KPa）
a为桩端天然地基土的承载力折减系数
经计算，单桩承载力特征值取两者较小值：Ra=80KPa
fsp.k=m.Ra/Ap+β（l－m）.fsk
式中，fsp.k为复合地基承载力特征值（KPa）
m为面积转换率
Ra为单桩承载力特征值（KN）
Ap为桩的截面面积（m2）
β为桩间土承载力折减系数
fsk为处理后桩间承载力特征值（KPa）
3.4 桩间距设计。
桩间距设计，一般根据拟定的复合地基承载力特征值fsp.k反算出面积转换率m，再根据m确定桩间距L。
3.5复合地基的下卧层承载力验算。
根据本工程的地质特点，复合地基的加固区下为强风化凝质岩，无软弱下卧层，承载力满足要求，不需验算。
4. 沉降验算
竖向承载力搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形S1与桩端下未加固土层的压缩变形S2
搅拌桩复合土层的压缩变形S1可按下式计算：
S1＝（Pz+Pzl）.l/2Esp
Esp=m.Ep+（l-m）. Es
式中，Pz为搅拌桩复合土层顶面的附加压力值（KPa）
Pzl为搅拌桩复合土层底面的附加压力值（KPa）
Esp为搅拌复合土层的压缩模量（KPa）
Ep为搅拌桩的压缩模量（KPa）
Es为桩间土的压缩模量（KPa）
桩间下未加固土层的压缩变形S2计算;因本工程复合地基下为强风化凝质岩，故不考虑变形量S2。
经计算，总沉降量S= S1+S2=41mm，满足要求。
5. 结语
5.1 从本地的工程地质条件出发，充分利用复合地基的桩体效应，将水泥土桩复合地质基应用于工业建筑中在技术上是可行的，本地的多次工程实践证明与常规桩基方案相比，具有工期短，造价低等优点。
5.2 水泥土桩对桩间土具有一定的加固作用，但在设计时基底面积适当增加，以降低复杂地基中的应力水平，减少复合地基的绝对沉降量，并应严格控制基底平面开形心与结构竖向长期载重心的偏心距以减少不均匀沉降。
5.3 水泥土桩复合地基的应用目前仍处于半经验，半理论的状态，将其用于工业建筑中应加强试验与测试工作。
5.4 水泥搅拌桩复合地基在施工时，应严格控制施工质量，根据工程地质条件，对填土及较复杂的地基可适当加大水泥掺量，施工时可采用复喷复搅等方法，以提高桩身的强度和密实度，减少沉降。
参考文献
［1］ 龚晓南，复合地基，浙江大学出版社，1992.
［2］ 建筑地基处理技术规范（JG79-2002）.
［3］ 建筑地基基础规范(GB50007-2002).
［4］ 吴连祥，邵锦周，2001《建筑结构》水泥土桩复合地基在小高层建筑中的应用.
［文章编号］1006-7619（2011）04-05-316
［作者简介］ 黄小平，职称：工程师，工作单位：新余钢铁集团一动力厂。
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