一、概述
夯实水泥土桩复合地基就是将水泥和土按设计比例拌合均匀，在孔内分层夯实形成竖向增强体的复合地基。
夯实水泥土桩一般分为人工成孔和机械成孔两种成孔方式。人工成孔主要是靠人工洛阳铲完成，这种成孔方式效率低，劳动强度大，现基本淘汰；机械成孔主要有螺旋钻成孔和机械洛阳铲成孔，效率高，相对降低了劳动强度，属于广泛采用的成孔方式。夯实水泥土桩所选用的材料和成桩方式相对单一，材料主要为成孔后的土质与水泥按一定配比，在孔外充分拌和均勻制成水泥土，成桩方式是分层向孔内回填并强力夯实，制成均匀的水泥土桩。桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。
由于夯实水泥土桩具有施工方法简单、易于操作、工期短、造价低廉的特点，因此在丙类建筑和个别乙类建筑的地基处理中得到广泛应用。但是自然界中土层的分布千差万别，纵向的、横向的物理力学性质差异也很大，因此，在夯实水泥土桩复合地基设计时，应根据勘察钻孔所揭露的地层情况，具体问题具体分析，优化设计。
二、工程实例
（一）素填土地基夯实水泥土桩的设计 1、工程概况
拟建河北省蠡县某小区4#住宅楼，长为89.42米，宽为14.6米，地上6层，砖混结构，条形基础。由于天然地基不能满足建筑物上部荷载要求，设计要求采用夯实水泥土桩复合地基进行地基处理。按设计图纸，设计复合地基承载力特征值180kPa，基底标高-1.80米，碎石垫层底标高-2.10米。相当勘察标高的-1.50米。
2、地层分布特征
根据勘察报告，其地层特征如下：
①1层杂填土：杂色，松散，由砖块、灰渣及粉土组成。层厚0.7～1.2m，层底埋深0.7～1.2m，层底标高-1.05～-0.42m。
①层素填土：褐黄色，松散，稍湿～湿，以粉土为主，含砂粒、碎砖屑。层厚0.5～9.2m，层底埋深0.5～9.2m，层底标高-8.92～-0.16m。
②1层细砂：灰黄色～灰白色，稍密～中密，局部有粉土薄层，呈透镜体形式存在于②层粉土中。层厚0.5～4.3m，层底埋深4.2～7.7m，层底标高-7.55～-5.00m。
②层粉土：褐黄色，中密～密实，稍湿～湿，局部有粉质粘土及细砂薄层。层厚0.3～6.8m，层底埋深3.8～8.1m，层底标高-7.76～-3.62m。
③层粉质粘土：黄褐色，可塑～坚硬，含姜石、灰色条纹。层厚1.5～3.5m，层底埋深9.2～11.2m，层底标高-11.05～-9.88m。
④层细砂：灰黄色～灰白色，中密，稍湿，长石-石英质，含云母，颗粒均匀。局部顶部为粉砂，局部有粉土薄层。最大揭示厚度6.8m，最大揭示埋深17.7m，揭示最低标高-17.36m。
插图1 工程地质剖面图 3、设计参数
参照岩土工程勘察报告中的各土层物理力学指标，夯实水泥土桩设计参数如下：
地层编号 岩性 承载力特征值fak（kPa） 桩周土侧阻力特征值qsi（kPa） 桩端端阻力特征值qp（kPa）
1 素填土 100 10 2 粉土 130 22 2-1 细砂 160 22 2 粉土 130 22 300 3 粉质粘土 140 24 350 4 细砂 200
4、夯实水泥土桩初步设计
本工程主要处理的土层为素填土层，因此，夯实水泥土桩的桩长必须穿过该土层，基坑开挖后，该层厚度最大为7.42米，按桩端进入持力层不小于一倍桩
径，夯实水泥土桩有效桩长取7.8米，桩径取0.35米，则半径r=0.175m，Ap=0.0962 m2，up =1.0996 m。选取不同厚度的素填土6#、7#、8#勘察钻孔进行单桩承载力特征值计算，其结果如下：
单桩承载力特征值计算公式 Ra=Up∑Li*qsi+Ap*qp 钻孔编号 6#孔 7#孔 8#孔 Ra（kN） 174 125 226
可以看出，由于素填土厚度的不同，其单桩承载力特征值也不同，最大差为101kN，若以此进行设计，极易产生差异沉降，其后果不堪设想。
5、夯实水泥土桩设计
为了使单桩承载力特征值变化保持在规范要求的允许范围之内，我们进行了不同桩长的设计，具体情况如下：
勘察钻孔2#、7#孔周围的素填土厚度最大，为7.4米，为穿越素填土层，成桩桩长选取8.1米，有效桩长7.8米（0.3米保护桩头）。
勘察钻孔5#、8#-10#孔周围无素填土分布，成桩桩长选取4.3米，有效桩长4.0米（0.3米保护桩头）。
勘察钻孔1#、3#、4#、6#孔周围的素填土厚度相对较小，为3.0米，成桩桩长选取5.8米，有效桩长5.5米（0.3米保护桩头）。
单桩承载力特征值计算，其结果如下：
单桩承载力特征值计算公式 Ra=Up∑Li*qsi+Ap*qp 钻孔编号 6#孔 7#孔 8#孔 Ra（kN） 122 125 125
可以看出，按照不同桩长计算的单桩承载力特征值差值仅为3kN，符合规范要求。
按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012公式7.1.6-2 fcu≥4λRa[1+（γm（d-0.5））/ fspa]/Ap
当灰土体积比1：6，桩身强度fcu=4.2MPa，γm取18g/cm3， d取1.8m，修正后fspa取204kPa时，Ra=90.2kN，满足设计要求
面积置换率按下式计算
m = （fsp，k — β×fak）/（λRa/Ap —β×fak）= 13.1% （λ取1.0，β取0.9，Ra取90kN， fak取100 kPa）
本工程共布置水泥土桩1315根，其中桩长4.3米的548根，桩长5.8米的437根，桩长8.1米的330根。
6、检测结果
桩体竣工15天后，进行了复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验，其中复合地基静载荷试验15个点，复合地基承载力特征值为185-210kPa，满足设计要求；单桩静载荷试验15个点，单桩承载力特征值為95-110kN，达到了设计要求。
（二）湿陷性黄土地基夯实水泥土桩的设计 1、工程概况
拟建河北省涞源县某中学实验楼，呈矩形，总长为24.00米，宽为17.2米，地上3层，框架结构，独立基础。由于天然地基不能满足建筑物上部荷载要求，设计采用夯实水泥土桩复合地基进行地基处理。
按设计图纸，设计复合地基承载力特征值150kPa，基底标高-1.70米。相当勘察标高的18.30米。
2、地层分布特征
根据勘察报告，其地层特征如下：
①层杂填土：杂色，松散，由砖块、青砖块及粉土组成。层厚0.2～1.5m，层底标高43.47～45.76m。
②层湿陷性粉土：褐黄色，稍密～密实，稍湿～湿，湿陷系数0.032-0.045，湿陷性中等，自重湿陷量57mm，属于非自重湿陷性场地，湿陷量332mm，湿陷等级Ⅱ级（中等）。层厚4.0～4.5m，层底标高34.76～34.92m。
③层粉土：褐黄色，稍密～密实，稍湿～湿，局部有粉质粘土薄层。层厚3.6～4.0m，层底标高30.71～30.16m。
④层卵石：杂色，中密-密实，湿，分选性差，不均，磨圆好，母岩成分为花岗岩、闪长岩等，孔隙由粗砾砂充填。最大揭露厚度0.8米，对应标高30.00米
3、设计参数
参照岩土工程勘察报告中的各土层物理力学指标，夯实水泥土桩设计参数如下：
地层编号 岩性 承载力特征值
fak（kPa） 桩周土侧阻力特征值qsi（kPa） 桩端端阻力特征值qp（kPa） 土层厚度li（米）（1#孔）
② 湿陷性粉土 110 10 3.77 ③ 粉土 120 20 350 2.03 ④ 卵石 300 4、素土桩的设计
由于本场地持力层为湿陷性粉土，湿陷等级Ⅱ级（中等），为了消除或减轻其湿陷程度，在夯实水泥土桩施工前，首先进行了素土桩的设计。共设计素土挤密桩383根，桩径350mm，桩距900*900，施工桩长4.0米，桩体材料为成孔钻出的湿陷性粉土。
素土挤密桩施工完成14天后，按照《建筑地基基础设计规范》（JGJ79-2012）及《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）相关规定，对桩体质量及桩间土的挤密效果进行检测，其桩长范围内土填料的平均压实系数为0.93-0.95，处理深度内桩间土的平均挤密系数0.94-0.96，符合要求。
5、夯实水泥土桩设计
夯实水泥土桩有效桩长取5.8米，桩径取0.35米，则半径r=0.175m，Ap=0.0962 m2，up =1.0996 m。场地内，地层厚度变化小，故选取1#勘察钻孔进行单桩承载力特征值计算，其结果如下：
Ra=Up∑Li*qsi+Ap*qp=1.0996（10*3.77+20*2.03）+0.0962*350 = 90.2 kN， 按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012公式7.1.6-2
fcu≥4λRa[1+（γm（d-0.5））/ fspa]/Ap
当灰土体积比1：6，桩身强度fcu=4.2MPa，γm取18g/cm3， d取1.5m，修正后fspa取168kPa时，Ra=91kN，满足设计要求。
面积置换率按下式计算
m = （fsp，k — β×fak）/（λRa/Ap —β×fak）= 7.5% （λ取1.0，β取0.9，Ra取90kN， fak取110 kPa）
本工程在素土桩之间、独立基础之内共布置水泥土桩236根，有效桩长5.8米。
6、检测结果
桩体竣工15天后，进行了复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验，其中复合地基静载荷试验3个点，复合地基承载力特征值为175-190kPa，满足设计要求；单桩静载荷试验3个点，单桩承载力特征值为90-105kN，符合设计要求。
三、结语
本文通过具体实例，分析阐述了在夯实水泥土桩复合地基设计时，应根据勘察钻孔所揭露的地层情况，具体问题具体分析，优化设计。
参考资料
1、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012） 2、《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2012） 3、《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004） 4、《水泥土桩复合地基技术规程》（DB13（J）/39-2003）
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