夯实水泥桩施工

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《建筑工程施工实用技术手册》第96页（5615字）

夯实水泥桩是利用机械成孔或人工成孔，然后将土和水泥拌合，夯入孔中所形成的桩，这种桩所用的土含水量可以得到控制，加之夯实所形成的高密度，因此，桩体具有较高的强度，一般可达到3～5MPa，与混凝土桩相比能节省大量水泥。在采用机械挤土成孔和夯填桩料时，对挤密的桩间土具有明显的加强效果。

(一)夯实水泥土桩的作用机理

水泥土的固化机理，主要表现在水泥水解及水化反应、离子交换团粒化作用和水泥与土的凝硬反应三个方面；至于桩间土的性状有无改善，试验充分证明：对于松散填土、砂类土、粉土、杂填土，应适当考虑其强度的提高；对于灵敏度高的饱和黏性土、淤泥等，则不考虑桩间土的挤密效果。

1．水泥水解及水化反应

水泥的主要成分有氧化硅、氧化钙和氧化铝等，这些氧化物分别组成不同的水泥矿物，硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙等与水产生水解和水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等，这些水化产物在水溶液中凝析、硬化，可形成水泥石骨架。

2．离子交换团粒化作用

黏土作为一个多相散布系，和水结合表现出一般的胶体特征。土中含量最高的二氧化硅(SiO₂)遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子和钾离子，与水泥水化生成的氢氧化钙中的钙离子进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的团粒，从而使土的强度提高。

水泥水化物的凝胶粒子比表面积比原来水泥颗粒大1000倍左右，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的团粒进一步结合起来，形成水泥的团粒结构，并封闭各土团之间的空隙，形成坚固的连接。

3．水泥与土的凝硬反应

黏土中的矿物成分二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂0₃)与水泥水化反应析出的钙离子进行化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶化合物，在水中和空气中逐渐硬化，从而增大了水泥土的强度，由于其结构致密，水分不易浸入，使水泥土具有足够的水稳定性。

(二)夯实水泥土桩适用范围

夯实水泥土桩复合地基适用于建筑物在地下水位以上的黏性土、粉土、粉细砂、素填土、杂填土等地基的处理。如果遇到少量地下水则应采取复合工艺，确保地下水位以下的成桩质量。夯实水泥土桩复合地基的质量好坏，关键在于桩体是否密实、均匀。由于夯实机的夯锤质量及落距高度能保持一致，夯击能为常数，所以在地基土相同的情况下，桩体质量保证率比较高。

当采用夯实水泥土处理湿陷性土时，宜采用挤土成孔工艺或加大置换率，并应符合湿陷性黄土地区建筑规范的有关规定。

(三)夯实水泥土桩的设计

1．夯实水泥土桩设计的一般规定

(1)夯实水泥土桩自身具有一定的强度和刚度，一般情况下在基础边线内布桩就可满足要求；当主要持力层比较软弱或相邻建筑物很近时，应在基础范围外适当进行布桩。

(2)夯实水泥土桩的长度，应根据工程地质实际情况、承载力设计要求等因素确定，但桩长最短不宜小于2．5m，最长不宜超过10m，且桩端应进入相对硬层的深度要大于一倍桩的直径；桩的直径宜采用0．3～0．6m。

(3)夯实水泥土桩的布置方式，可采用正三角形、正方形等形式，桩中距一般不宜小于2．5～3．5倍的桩径，面积置换率为5%～15%。桩中距可按下式计算：

式中 S_d——夯实水泥土桩中距(m)；

d₀——夯实水泥土桩的桩径(m)；

m——面积置换率(%)。

面积较小的独立基础或较窄的条形基础，可按面积置换率确定桩数，由桩数及基础尺寸确定桩距。

(4)基底下应铺50～150mm厚的褥垫层，当桩体承担较多荷载时，褥垫层的厚度取小值，反之应取大值。垫层材料可用中砂、粗砂、石屑或灰土。

2．夯实水泥土桩承载力及变形计算

(1)按现场复合地基荷载试验确定地基承载力。一级建筑物、地质条件复杂的场地或在同一场地处理面积较大时，按试验取得的参数进行设计。曲线上有明显比例极限时，可取比例极限对应的荷载；当极限荷载小于对应比例极限荷载的1．5倍时，取极限荷载的50%；或取相对变形值S／b=0．006～0．010所对应的荷载。

(2)复合地基承载力的标准值和单桩承载力标准值，可分别按式(2－12)和式(2－13)进行计算。

式中 f_sp，k——复合地基承载力标准值(kPa)；

R_k——单桩承载力标准值(kN)；

A_p——桩体截面面积(m²)；

α——桩间土体强度调整系数；

m——面积置换率(%)；

f_k——天然地基承载力标准值(kPa)；

U_p——桩身周边的长度(m)；

q_n——桩侧i层土侧摩阻力标准值(kPa)，可按地区经验或相关标准确定；

q_si——桩周第i层土的摩擦力标准值(kPa)；

L_i——按土层划分的各段的桩长(m)。

(3)单桩承载力标准值应当满足下列要求：

式中 f_ce，k——夯实水泥土的标准强度(kPa)。

(4)水泥土混合料的配合比设计，应根据对桩体强度的要求、土料性质、水泥品种、水泥强度等级确定，一般常采用的配合比为：水泥与土的体积比为1∶5～1∶8。

(5)软弱下卧层的验算。当复合地基下有软弱下卧层时，应按下式对其进行验算：

式中 P_z——软弱下卧层顶面处的附加压力设计值(kPa)；

P_cz——软弱下卧层顶面处的自重压力标准值(kPa)；

f_z——软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力的设计值(kPa)。

地基经过处理后，其变形计算应采用分层总和法。

(四)夯实水泥土桩的施工

1．施工准备工作

(1)施工前应具备的资料

在进行夯实水泥土桩施工前，应具备如下技术资料：建筑场地岩土工程勘察资料；建筑物(包括构筑物)基础设计图及夯实水泥土桩设计图；建筑物场地和邻近区域内的地上、地下管线及障碍物等的调查资料。

(2)施工前应具备的条件

在夯实水泥土桩正式施工时，应具备如下开工条件：影响施工管线的障碍已经全部清除；施工用水、用电有保证，施工场地平整，施工道路畅通；建筑物的方位、标高的控制桩已设定；施工机具和材料已准备，施工人员已培训，技术交底工作已进行；场地内的地下水和地表水已符合设计要求。

(3)编制施工组织设计

施工组织设计是工程施工的整体安排和标准依据，在夯实水泥土桩施工前，应编制好施工组织设计，其主要内容包括：施工平面及桩位布置图；施工机械人员和辅助人员的配置；分项工程施工顺序和夯的施工流向；材料、备品、备件的供应计划；工程进度计划；质量控制、安全保证和季度性施工技术措施。

2．桩体材料制备

(1)水泥宜采用强度为32．5MPa或42．5MPa的矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；进场后对水泥应进行强度和安定性试验，在储存和使用过程中要做好防潮、防雨。

(2)土料宜采用黏性土、粉土、粉细砂、碴土，土料中的有机质含量不得超过5%(质量分数)，不得含有冻土或膨胀土，使用前应过20～25mm筛。

(3)混合料要按设计配合比进行配制，并保证搅拌均匀，其含水量与最优含水量允许偏差为±2%。当用人工搅拌时，拌合不应少于3遍；当用机械搅拌时，搅拌时间不应少于1min。混合料在搅拌后应在2h内用于桩体。

3．桩体施工工艺

(1)夯实水泥土桩体的施工工艺为：成孔→夯实孔底→填料→夯实→填料→夯实→直至设计标高→封顶→夯实。

(2)夯实水泥土桩成孔应选用机械成孔法，如沉管法、螺旋钻孔法等。在场地狭窄、孔深较浅、桩数较少或不具备机械施工条件时，可采用人工洛阳铲成孔。桩孔的深度不得小于设计深度。

(3)夯实桩体应优先选用机械夯实，当选用人工夯实时，应加强夯实质量的监测和控制。填料的厚度应根据具体夯实设计确定，采用一击一填的连续成桩工艺，桩体的压实系数不应小于0．93，填料频率与落锤频率要协调一致，并均匀填料，每击填料厚度约为5cm，严格禁止突击填料。

(4)在向孔内填料前，应检查孔深和孔径是否符合要求，并将孔底加以夯实。如果孔底含水量较高时，可先填入少量碎石或干拌混凝土再予以夯实。对于压实度要随时按规定进行监测。

(五)夯实水泥土桩的质量检验

(1)水泥及夯实用土料的质量，必须符合设计的要求；施工中应检查孔位、孔深、孔径、水泥和土的配比、混合料含水量等；施工结束后，应对桩体质量及复合地基承载力进行检验，褥垫层应检查其夯实度。

(2)褥垫层的质量控制：褥垫层所用材料不含植物残体、垃圾等杂物，当采用散体材料时，最大粒径不宜大于20mm；褥垫层铺设厚度要均匀，厚度允许偏差为±20mm；褥垫层应宽出基础轮廓线外缘100mm，铺平后应当振实或夯实，夯填度应符合表2－9中的规定。

(3)夯实水泥土桩的质量控制：按设计布桩图进行放线布点，设专人监测成孔、成桩的质量，并做好施工记录，发现问题及时处理；雨季或冬期施工时，应采取防雨、防冻措施，防止原材料淋湿或冻结；施工中要预防触电、机械倾倒、高空坠落等恶性事故的发生，确保施工安全。

(4)夯实水泥土桩的质量检验：按施工图及设计变更通知书检验桩位及桩数，若有漏桩必须补足；桩体质量的抽检数量不应少于桩体总数的2%，且不少于5根。当采用人工夯实时，应当加倍抽检，并在成桩过程中随时随机抽检。检验方法：可采用取样检测桩体材料的压实系数，一般为0．93；也可采用轻便触探法检测桩体材料的N₁₀击数，一般不应低于30击。

(5)夯实水泥土桩的质量检验标准，应符合表2－9中的规定。

表2－9 夯实水泥土桩的质量检验标准

注：①夯填度指夯实后的褥垫层厚度与虚体厚度的比值；

②桩径允许偏差负值是指个别断面。

(6)地基承载力的检验：一级建筑物、地质条件复杂的场地或在同一场地地基处理面积较大时，应进行单桩复合地基载荷试验，检验数量不应少于3点；必要时还可进行多桩复合地基载荷试验。检验不合格时应采取补救措施。