水泥土搅拌桩法

水泥土搅拌桩法是以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂（浆体或粉体）和地基土强制搅拌，使软土硬结形成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙。

水泥与软黏土采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，有别于混凝土的硬化机理。

1）水泥水化作用

当水泥掺入软土中时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生强烈的水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等水泥水化物。

2）水泥的离子交换和颗粒聚集作用

由于土颗粒在天然状态下表面带有负电荷，而反离子层为阳离子，其中的钠离子和钾离子进行离子交换，使土粒水化膜变薄，进而使土颗粒聚结成较大的团粒。另外，水泥水化后其凝胶颗粒呈分散状，比表面积急速增大，所产生的表面能具有强烈的吸附活性，能使土颗粒结合扩大，形成水泥土的团粒结构，同时也逐渐封住了各颗粒间的空隙，在宏观上表现为水泥土的强度有了很大的提高。

3）水泥土的硬化作用

离子交换后，溶液中析出大量的钙离子，当钙离子的数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，组成颗粒矿物的二氧化硅与三氧化铝的一部分或大部分与钙离子产生化学反应，并逐渐生成不溶于水的稳定的铝酸钙、硅酸钙及钙黄长石的结晶水化物，这些化合物在水中和空气中逐渐硬化，提高了水泥强度，且其结构比较致密，水分不易侵入，故该水泥还具有优异的防水性能。

4）碳酸化作用

水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，反应生成不溶于水的碳酸钙，该过程也可以小幅度增加水泥土的强度，但主要体现在后期强度。水泥加固软黏土的强度主要来自于水泥水解水化物与土体的胶结作用。

（1）由于将固化剂与原地基土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了地基土。

（2）搅拌时不会使地基土产生侧向挤出，对原有建筑物影响很小。

（3）根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化剂的类型及其配方，设计灵活。

（4）施工过程中无振动、无污染、无噪声，可在城市市区和密集建筑群中施工。

（5）加固后土体的重度基本不变，软弱下卧层不会产生附加沉降。

（6）与钢筋混凝土桩基相比，降低成本的幅度较大。

（7）可以根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。

本法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土及无流动地下水的饱和松散砂土地基和含水量较高且地基承载力不大于120kPa的黏性土地基。多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房、高等级公路、铁路、机场的地基处理；用于深基坑开挖时防止坑壁及边坡塌滑及坑底隆起的支护工程以及粉土、夹砂层、砂土地基的防渗工程中。

1）桩径和桩长

水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧线以下2m。

2）单桩竖向承载力特征值

水泥土搅拌桩单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定，如果无试验资料，也可按下列两式计算，并取其中较小值：

式中：Ra——单桩竖向承载力特征值（kN）；

fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值（kPa）；

η——桩身强度折减系数，干法可取0.20～0.30，湿法可取0.25～0.33；

up——桩的周长（m）；

Ap——桩的截面面积（m2）；

n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值，对淤泥可取4～7kPa，对淤泥质土可取6～12kPa，对软塑状的黏性土可取10～15kPa，对可塑状态的黏性土可取12～18kPa；

li——桩长范围内第i层土的厚度（m）；

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa）；

α——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。

3）布桩形式

柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩形式。桩可只在基础平面范围内布置，独立基础下的桩数不宜少于3根。布桩形式可根据上部结构特点以及对地基承载力和变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状或块状等不同形式。

4）水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值

在设计时，可根据要求达到的复合地基承载力特征值，按式（11-5）求面积置换率。竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。初步设计时也可按式（11-5）估算。

5）其他

水泥土搅拌桩还要进行变形验算和抗滑验算。

同时注意水泥土搅拌桩复合地基宜在基础下设置垫褥层。垫褥层厚度可以取200～300mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。