维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第２期 天 然 气 与 石 油 Ｖｏｌ＿２６．Ｎｏ．２ ２００８年４月 Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ａｎｄ Ｏｉｌ Ａｐｒ．２００８ 水泥土损拌法在工程【ｌ】硇应用 胡道华，吴克信 （中国石油工程设计有限公司西南分公司，四川成都６１００１７） 摘要：通过论述水泥土搅拌法在杭甬线输气管道工程中的应用，介绍了杭甬线输气管道 工程站场软土的特性，以及杭甬线建构筑物基础的设计特点，详细讨论了水泥土搅拌法地基处 理设计计算方法，同时对宁波镇海分输站水泥土搅拌法试验检测结果进行了分析，指出了设计 计算结果与现场检测结果的差别，对今后的类似工程具有参考意义。 关键词：杭甬线；水泥土搅拌法；软土；地基处理；桩基检测 文章编号：１００６—５５３９（２００８）０２－００１６－０４ 文献标识码：Ａ ０ 前言 １ 水泥土搅拌法工艺分析 杭甬线管道输气工程位于江南水网地区，软土 水泥土搅拌法是利用水泥（或石灰）作为固化 普遍分布，处理不当将危及管道工程的建构筑物以 剂通过特制的搅拌设备，就地将软土和固化剂（浆 及管道的安全。因此，软土地区地基处理与管道的 液或粉体）强制搅拌使软土硬结成具有整体性、水 安全性有着密切的关系。杭甬线站场建筑物及设备 稳定性和一定强度的水泥土桩体，并与桩周的土体 基础有几个特点：一是占地范围较大，地基处理范围 形成复合地基，以增加地基承载力、压缩模量和抗剪 较宽；二是荷载较轻；三是对沉降量的控制要求比较 力，可承担外部较大的荷载。它具有施工速度快、加 严格（输气管道工程具有高压及泄漏的特点）；四是 固深度大、效果好、对周围环境污染少等特点，因而 排污池、生活污水处理装置区及墩阀基础埋深较深， 目前较多的用于建构筑物的地基处理工程，尤其是 但其荷载不大；五是放空火炬构筑物较高，倾覆力矩 工期紧迫，要求限期完工的工程。水泥固化剂适用 较大。在选择站场建构筑物地基处理方案时，要充 于处理淤泥和淤泥质软土。目前，固化剂采用的有 分考虑这些特点，优化设计，考虑工期、经济等诸多 水泥浆液和干水泥粉，因此有湿法和干法之分。在 因素，选择最适宜的地基处理方案。 国内，搅拌的最大深度达３０ ｍ，搅拌加固的柱体直 杭甬线输气管道工程沿线软土普遍分布，而且 径为５００～８５０ ｍｉｌｌ。 软土的埋深、厚度、土性的差异都很大。根据上述特 点及调研的情况，杭甬线站场地基处理方法主要有： １．１ 水泥土搅拌法的湿法和干法研究 利用硬壳层法、换填法、水泥土搅拌法、灌注桩法、预 水泥土搅拌法地基处理有干法与湿法两种工 应力管桩法、抛石挤密法、整板基础法等各种方法。 艺，采用干法处理地基，对软土的含水量有要求，要 水泥土搅拌法加固地基，具有最大限度地利用 求含水量在３０％～７０％之间，而湿法没有要求。 原土；搅拌时无振动、无噪音、无污染；与钢筋混凝土 经过对杭甬线输气管道工程多个站场的淤泥土 桩相比，可节约钢材并降低造价等优点，在杭甬线工 含水量的统计，绍兴分输站３７．１％，宁波镇海分输 程中得到了广泛应用。 站３０．６％，上虞分输站４４．６％，余姚分输站４８．６％， 收稿日期：２００７－０６—１２ 作者简介：胡道华（１９７０一），男，四川雅安人，国家一级注册结构工程师，１９９３年毕业于西北工业大学，获工业与民用 建筑专业学士学位，１９９６年获重庆建筑大学岩土工程硕士学位。现主要从事土建设计及研究工作。电话：（０２８） ８６０１４４７８。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第２期 胡道华，等：水泥土搅拌法在工程中的应用 １７ 由此可见，杭甬线输气管道工程沿线的淤泥质土的 含水量不大，基本上都适合采用水泥土搅拌法，通过 对浙江地区、上海地区的调研，上海地区已经取消干 法，而浙江地区两种方法都在使用，通过对规范条文 的理解和调研，我们在杭甬线水泥土搅拌法的处理 工艺上，都要求采用湿法。 １．２水泥土搅拌法的施工工艺 水泥土搅拌法施工工艺为：搅拌机定位一预拌 下沉一配置水泥浆液一喷浆搅拌、提升一重复搅拌 下沉一重复搅拌提升至孔口一关闭搅拌机、清洗一 移至下一根桩、重复以上工序，见图１。 图１水泥土搅拌法地基处理现场 施工中固化剂应严格按预定的配合比拌制，并 应有防离析措施。砂浆水灰比采用０．４５～０．５５，水 泥掺人量一般为１２％～２０％。 ２ 水泥土搅拌法地基处理设计计 算 ￣４］ 根据杭甬线输气管道工程各站场的具体地质情 况，可以采用水泥土搅拌法来进行地基处理。在水 泥土搅拌法处理地基的设计中，一般都是整个装置 区满堂布置，如浙江省电力设计院设计的国华电厂 装置区的地基处理中，是满堂布置。 在采用水泥土搅拌法进行站场地基处理中，桩 的施工检测都是按照建筑物的水泥土搅拌法来进 行，根据处理后承载力的要求（本工程根据建构筑 物的实际情况一般要求为１００ ｋＰａ），对承载力要求 不高的时候，水泥的掺量可以适当减少。同时区分 不同的设备基础的特征，在桩的间距、数量设计中适 当有所区别。在杭甬线的各个站场中，由于软土的 埋深、厚度不同，采用的水泥土搅拌法也有所差别， 软土埋深很深，像上虞分输站，软土埋深在１５ ｍ以 下，通过验算，是可以不进行地基处理的。有些站 场，全场分布软土，软土厚度又很厚，如余姚清管站， 由于设备基础的荷载小，通过计算，地基处理到１０ ｍ就可以提供１００ ｋＰａ的承载力，通过控制沉降，地 基处理深度１０ ｍ即可。有些站场，软土只有６、７ ｍ 厚，水泥土搅拌桩的承载力偏低，只有通过加密水泥 土搅拌桩的密度，才能提供１００ ｋＰａ的承载力。同 时在站场设备基础的水泥土搅拌法设计中，还要考 虑设备的重要性，对于过滤分离器基础、旋风分离器 基础、收发球器基础等，要适当的加密水泥搅拌桩。 ２．１ 水泥土搅拌法处理地基的计算分析 ２．１．１ 单桩竖向承栽力特征值Ｒ。的计算： 单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩载荷试 验确定，初步设计时也可按下式估算 Ｊ。 Ｒ。＝ ‰ ＋ａＡｐｑｐ （１） Ｒ。＝ （２） 式中 ——与搅拌桩桩身水泥配合比相同的室内 加固土试块（边长为５０ ｍｌｎ的立方 体），在标准养护条件下，９０ ｄ龄期的 立方体抗压强度平均值，ｋＰａ； 竹——桩身强度折减系数，干法可取０．２５～ ０．３０，湿法可取０．３０～０．４０； ——。桩的截面周长，ｍ； ‰——桩周第ｉ层土的侧阻力特征值； 厶——桩长范围内第ｉ层土的厚度，ｍ； ｑ ——桩端地基土未经修正的承载力特征 值，ｋＰａ； ——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。 ２．１．２复合地基承栽力的计算 加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现 场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式 计算： 厶 ｍＲ。／Ａ ＋卢（１一ｍ）Ｌ （３） 或根据设计要求的单桩竖向承载力特征值Ｒ。 和复合地基承载力特征值 计算搅拌桩的置换率 ｍ＝（厶 一 ）／（Ｒ。／Ａ 一 ） （４） 式中 ——复合地基承载力特征值，ｋＰａ； 维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ８ 天 然 气 与 石 油 ２００８生 ｍ——面积置换率； Ａ ——桩的截面积，ｍ ； 厶——处理后桩间土承载力特征值，如无经 验，可取桩间天然地基土承载力特征 的计算参数见表１。 表１ 水泥土搅拌法计算地质资料表 值，ｋＰａ； 桩间土承载力折减系数，当桩端土未经 修正的承载力特征值大于桩周土的承 载力特征值的平均值时（硬土），可取 ０．１～０．４；当桩端土未经修正的承载力 特征值小于桩周土的承载力特征值的 平均值时（软土），可取０．５～０．９； Ｒ ——单桩竖向承载力特征值； Ａ——地基加固的面积，ｍ 。 ２．１．３水泥土搅拌法复合地基的变形计算 复合地基变形量ｓ 包括搅拌桩群体的压缩变 形Ｓ 和桩端下未加固土层的压缩变形Ｓ 两部分， 即： Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２ （５） Ｓ１＝（Ｐ：＋ｐ：１）Ｌ／２Ｅ （６） Ｅ，ｐ＝ｍＥｐ＋（１一ｍ）Ｅ （７） 式中 ——搅拌桩复合土层顶面的附加压力值， ｋＰａ； Ｐ： ——复合土层底面的附加压力值，ｋＰａ； Ｅ ——复合土层的压缩模量，ｋＰａ； Ｅ。——搅拌桩桩身的压缩模量，ｋＰａ，可取 １００～１２０； Ｅ ——桩间土的压缩模量，ｋＰａ； ￡ｒ一搅拌桩桩长。 Ｓ ＝咖，∑（Ｐ：／Ｅ，ｉ）（ｚ ０ｉ—ｚ 一 ・０ 一 ） （８） 式中 ——沉降计算经验系数，根据地区沉降观 测资料及经验，无地区经验时，可采用 ０．７～１．３： Ｐ——：水泥土搅拌桩桩端处的附加压力， ｋＰａ； ——搅拌桩桩端下第 层土的压缩模量， ＭＰａ； ｚ ，ｚ ——桩端至第 层土、第ｉ一１层土底 面的距离，ｍ； ｏ ，ｏ ——桩端至第 层土、第 一１层土底 面范围内平均附加应力系数。 ２．２ 宁波镇海分输站水泥土搅拌法计算分析 根据宁波镇海分输站地勘报告，水泥土搅拌法 ２．２．１ 水泥土搅拌法承载力计算 设计采用６５ｏｏ、桩长ｌ８．５ ｍ、桩距１ ｍ计算： Ｒ。＝ｔｔｐ ｑ，￣ｉＬｌ＋ａＡＰｑＰ ＝１．５７×（１×１６＋１６×７） ＋０．４×０．１９６×ｌ８０ ＝２００ ３５＝２３５ ｋＮ 再由下列公式计算： ￣１Ｉｔ－￣ｇ＝ｍ ＋／３（１一ｍ） １Ｐ 得到当复合地基承载力要求１５０ ｋＰａ时，Ｒ。＝ １４４．８ ｋＰａ。 ｆｃｕｇ０ｄ－－ ＝０ 一３×０ １９６＿２５５ｌ． ～～ ｋＰａ。 ．因此，为了达到复合地基承载力１５０ ｋＰａ，要求 地基处理公司在进行地基处理前，要做室内试验，进 行水泥掺量的分析，达到 栅 的强度２ ５５１ ｋＰａ。 ２．２．２水泥土搅拌法沉降计算 水泥搅拌桩Ｅ ＝ｌＯＯＬ ＝２５５ １００ ｋＰａ＝２５５ ＭＰａ 复合土层Ｅ，ｐ＝ｍＥｐ＋（１一ｍ）Ｅ ＝０．１９６×２５５ ＋（１—０．１９６）×２．５＝５２ ＭＰａ＝５２ ０００ ｋＰａ 压缩变形ｓ ＝ ＝ 等 ＝２６．７ ｍｍ 由上面的计算过程可以看出，复合地基承载力 是由桩径、桩长、桩距等各种因素决定的，这些因素 都是在地基处理前决定的，还有其它因素是必须由 专业地基处理公司根据经验和现场试验决定的。比 如现场的地质条件参数，地勘报告不一定很符合，必 须由地基处理公司根据试验结果来确定，才能达到 经济、安全的目的。还有就是 栅 的强度很关键，从 上面的计算过程可以看出，如果桩的长度到一定数 值，那么复合地基承载力由 栅 的强度决定，所以复 合地基承载力是由多种因素控制的。 所以，在水泥土搅拌法处理地基的设计中，优先 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２６卷第２期 胡道华，等：水泥土搅拌法在工程中的应用 Ｏ １ ３ ４ ６ ７ ９ Ｏ ２ ｌ９ ３ ５ 考虑由专业地基处理公司统一设计、统一施工、统一 表２试验最大荷载与沉降量关系表 ∞如∞ 卯∞ 如∞ 如∞ 如∞ 检测。这样可以控制投资，达到经济、安全的目的。 ３ 水泥土搅拌法试验检测结果分析 根据文献 等有关规范要求，为了检验地基 处理后的承载力，均需要对地基处理后的效果进行 检测，根据检测报告，各站场采用水泥土搅拌法进行 地基处理的效果均满足设计要求，本文仅对宁波镇 海分输站的检测报告进行分析。 业主委托浙江省地球物理技术应用研究所，对 指定的３点（７９，１０４，１９８号桩）复合地基进行竖向 抗压静载试验，试验板的大小为１ ｍ×１ ｍ，最大试 验荷载为３００ ｋＰａ，其中１９８号桩业主要求做破坏性 静载试验。 试验结果的１０４号桩、１９８号桩的Ｐ—Ｓ曲线见 图２～３。试验最大荷载与沉降量关系见表２。 ｐ｜ ａ ０ ３Ｏ ６Ｏ ９Ｏ １２Ｏ１５Ｏ １８Ｏ ２１０ ２４Ｏ ２７０ ３ｏｏ 图２ １０４号桩的｜Ｐ—Ｓ曲线 ｐ｜ ａ Ｏ ３Ｏ ６Ｏ ９Ｏ １２０１５Ｏ １８Ｏ ２１０ ２４０ ２７０ ３００ ３３０ Ｏ．ＯＯ ６．５Ｏ １３．００ １９．５Ｏ ２６．Ｏ０ 目３２．５Ｏ ３９．００ ４５．５０ ５２．ＯＯ ５８．５０ ６５．ＯＯ 图３ １９８号桩的｜Ｐ—Ｓ曲线 桩号 ７９ １０４ １９８ １９８ 试验最大荷￣／ｋＰａ ３００ ３００ ３００ ３３０ 对应沉降量／ｍｍ ３０．１１ １４．６６ ３０．１８ ６０．０３ 由图２～３及表２可以看出，３根桩的累计沉降 量差别较大，这主要与施工质量有关系，质量控制不 严密，３个点的沉降值在３００ ｋＰａ时，均未超过６０ ｍｍ，满足设计要求。由图２可以看出１０４号桩的Ｐ 一．ｓ曲线呈缓变型，未出现明显的下弯，表明试验未 达到承载力极限状态。１９８号桩的Ｐ—Ｓ曲线出现 明显的陡降段，属陡降型，陡降拐点处的３００ ｋＰａ为 极限荷载，其一半１５０ ｋＰａ为单桩复合地基承载力 统计值。而且由表２可以看出，破坏荷载３３０ ｋＰａ 与极限荷载３００ ｋＰａ差值不大，说明地基承载力没 有多少富裕度。 本报告的结论为复合地基承载力特征值为１５０ ｋＰａ，满足了设计的要求。但是承载力的富裕度不 大，是比较经济的。 ４ 结论 ａ．由于水泥土搅拌法在软土地基处理中，具有 很多优点，通过充分的技术、经济论证，可以在长输 管道工程中得到大量应用。 ｂ．在杭甬线输气管道工程水泥土搅拌法地基 处理工艺上，要求采用湿法。 ｃ．由于水泥土搅拌法处理地基的复合地基承载 力是由多种因素控制的，所以在水泥土搅拌法处理 地基的过程中，优先考虑由专业地基处理公司统一 设计、统一施工、统一检测。这样可以控制投资，达 到经济、安全的目的。 ｄ．通过对复合地基承载力的检测，说明了水泥 土搅拌法在杭甬线工程中的应用是满足设计要求， 满足建构筑物的使用要求。 参考文献： ［１］徐至钧，曹名葆，王曙光，等．新编建筑地基处理工程 手册［Ｍ］．北京：中国建材工业出版社，２００５。３６１— ４１１． ［２］ＧＢ ５０００７—２００２，建筑地基基础设计规范［Ｓ］． ［３］ＪＧＪ ７９—２００２，Ｊ２２０—２００２，建筑地基处理技术规范 ［Ｓ］． ［４］ＤＢ ３３／１００１—２００３建筑地基基础设计规范［Ｓ］．
