河南建基浅议水泥土桩事故处理及原因分析
一、前言
我国幅员辽阔，人口众多，随着近年工业和社会的发展，城市用地与农业用地矛盾日益加剧。城市化进程加快，很多建筑不得不建在不良地基上，这就需要对地基进行专门处理。随着建筑功能越来越复杂。建筑体量越来越大，对地基的承载力和变形也提出了更高的要求。在这种情况下，许多建筑采用天然地基不能满足要求，必须采用人工处理地基。我国地域宽广，地基处理的方法众多，不同地区还有其独特的经验，水泥土搅拌法进行软土地基处理是在河南郑州地区地基处理中应用广泛，工程经验丰富的一种地基处理形式。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥、粉土、饱和黄土、素填土、粉性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。
二、工程概况
某工程位于郑州北郊，6层底层框架结构商住楼，根据地质勘察资料及地区经验。天然地基不能满足设计要求，设计采用水泥土搅拌法进行加固。具体设计要求为桩径0.5m，有效桩长7.5 m，桩间距0.9m。置换率24.17％ ，设计要求与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，在标准养护下90d龄期无侧限抗压强度fcuk不小于2.1 mpa，基础采用桩下条形基础。搅拌桩施工前对场地进行清理。桩基施工完毕28天之后，现场开挖并剔除上部空喷部分0.5m～0.7m。现场人员发现桩头表现强度不足，用铁锹一铲即可铲掉一大块，用铁器凿即可凿出一个大坑。依以往施工经验，这些均属非正常现象。检测单位进行的桩基检测报告表明 复合地基承载力特征值及单桩承载力特征值均不能满足设计要求。
三、事故原因分析
事故发生后，甲方邀请省内有关专家对深层搅拌桩复合地基出现的问题进行了多方论证。首先排除了设计、地质勘察方面的原因。根据桩施工记录和施工监理记录显示，施工方也无明显违规行为，施工过程正常，对此大家均比较困惑。设计人员会同施工、监理方多次一起分析，从周围一些同样采用水泥土搅拌法施工的相似工程看桩长、置换率、水泥加入量与本工程相当，检测结果及工程建成实际效果看均较成功，这从另一个侧面证实了在本地区采用水泥土搅拌抗是合适的，设计、施工是符合常规的，但是测桩结果却远远达不到设计要求，这就促使设计人员及施工人员从更深的层次来分析这个问题。
水泥土搅拌法是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液）强制搅拌，使软土硬化成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量。水泥作为固化剂是提高软土强度的主要因素。水泥的化学成分和掺入比对水泥加固土的强度影响极大。因普通硅酸盐水泥的活性高，其早期和长期强度均较好，因而其加固效果优于其他水泥品种。《建筑地基处理技术规范》对水泥土搅拌桩所采用的固化剂（水泥）亦有明确规定：一是宜采用32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。二是水泥掺入量除块状加固时可用被加固湿土质量的7％～12％外其余均为12％～20％。本工程设计要求用水泥为32.5级普通硅酸盐水泥，符合规范要求。对普通硅酸盐水泥的定义和要求，《水泥规程》亦有明确要求，即：凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号p?0.掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合料来代替。掺非活性材料时，最大掺量不得超过水泥质量的10%。在施工单位的提议下，本工程的五大责任主体共同对水泥取样。河南省水泥质量监督检验站检测报告显示搅拌桩施工所用水泥混合材（粉煤灰）含量为33.8％，已超出普通硅酸盐水泥的混合材料合量5％～15％要求，而水泥进场前厂家所提供检测报告显示混合材（粉煤灰）掺量为13％。粉煤灰作为外掺剂使用于水泥土桩并非不可，但如果普通硅酸盐水泥中的外掺剂含量太高，就相应减少了作为固化剂——水泥的含量。如本工程中水泥外掺剂含量高出标准约20％。即桩身每延米50kg固化剂——水泥的含量较正常的普通硅酸盐水泥少约1 0kg，且粉煤灰对水泥具有缓凝作用，因此，28d测桩结果出人意料也就可以理解了。为了印证上述判断的正确性 在接下来的两栋楼施工时 笔者有意作了一个对比 一幢楼仍用本批号水泥。但掺量提高为60kg每延米，其固化剂的含量仅与正常普通硅酸盐50kg相当，而另一幢楼则采用合格的普通硅酸盐水泥。桩量每延米水泥掺量为50kg施工完毕后经测试发现两工程的复合地基承载力特征值及单桩承载力特征值均满足设计要求，且指标接近。由此可见，水泥外掺剂实际含量严重超标是引起此次事故的主要原因。
四、处理方法
原因既然找到了，处理方案也就可进一步进行了。鉴于复合地基实际地基承载力较低，采用桩下条形基础不能满足要求，改为柱下片筏基础，同时加强上部结构刚度。设计方同时要求整个工程在建设期间和建成后应加强变形监测工作。
五、结束语
水泥土搅拌法设计中固化剂的选择是十分关键的工作，一定要结合地区经验并严格按规范要求进行室内配比试验，选择合适的固化剂、外掺剂及其掺量，以避免工程事故的发生。
