水泥土搅拌桩在深基坑支护中的应用
本文在介绍了水泥土搅拌桩基本概念与加固机理的基础上，然后结合具体工程实例，证明了其在深基坑支

护中具有工程造价低、施工工期短、止水性能较好等优点，并且通过插入角钢及锚杆等措施，可以大大改

善桩体的强度与变形，从而满足深基坑稳定和变形的要求。

关键词：水泥土搅拌桩加固机理深基坑支护
中图分类号：TU473.2文献标识码：A文章编号：1006-7973（2007）05-0110-02

一、水泥土搅拌桩介绍水泥土搅拌桩研发早期称为深层搅拌桩，是美国在上世纪四十年代末首先研制成功

的一种就地搅拌桩。五十年代后期在日本得到长足发展。我国于七十年代末开始进行深层搅拌桩的引进试

验和机械研制工作，并于1980年初首先在上海某软土地基加固工程中正式采用并获得成功。冶金工业部率

先制定了行业规范YBJ225-91《软土地基深层搅拌加固法技术规程》。建设部行业标准JGJ79-91《建筑地

基处理技术规范》也把深层搅拌桩列入了地基处理方法之一。新颁布的JGJ79-2002《建筑地基处理技术规

范》中称为水泥土搅拌桩，按固化剂和施工工法的不同，分为深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称

干法)。水泥土搅拌桩，即利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和

固化剂(浆液状或粉体状)强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具

有整体性，水稳定性和一定强度的桩体，从而提高地基承载力，减少软土地基的沉降量，抑制侧向变形，

满足工程建设要求。水泥浆与软土搅拌形成的柱状固结体，称为深层搅拌桩；水泥粉体与软土搅拌形成的

柱状固结体，称为粉喷桩。二者合称为水泥土搅拌桩，简称为搅拌桩。建设部颁布的JGJ79-2002《建筑地

基处理技术规范》中称为水泥土搅拌桩。

二、水泥土搅拌桩加固机理一般来说，水泥土搅拌桩加固机理如下：
1．水泥的水解、水化。水泥遇水后发生水解与水化，生成氢氧化钙，含水铝酸钙，含水硅酸钙等化合物

。其中氢氧化钙和含水铝酸钙溶解于水，随着水解与水化的反应，溶液达到饱和之后，水与水泥继续反应

形成凝胶体。
2．离子交换。粘土颗粒在xx状态下表面带有负电荷，反离子层为阳离子，呈胶体微粒状。反离子层中

的Na+，K+能同Ca(OH)2溶液中的Ca2+进行离子交换，使土粒水化膜变薄，土颗粒集合成大的团粒。此外，

水泥水化后呈分散状的凝胶颗粒，其比表面积约为原来的1000倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附

活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭了各土颗粒之间的孔隙。在较

为松散的土体内部形成了网络状胶结结构，具有牢固的联结，而宏观上则表现为水泥土的强度大大提高。

3．硬凝反应。水泥水化以后，溶液中析出的大量Ca2+，与Na+，K+进行离子交换。当Ca2+数量超过离子交

换的需要量后，则在碱性环境中，Ca2+可与土中游离的二氧化硅和三氧化二铝进行化学反应生成不溶于水

的稳定结晶化合物。该结晶化合物在空气中和水中逐渐硬化，增大了土体强度。而且由于其结构比较致密

，水分不易侵入，从而使水泥土具有足够的水稳定性
。4．碳酸化作用。水泥水化后产生的游离氢氧化钙，能和空气和水中的二氧化碳通过碳化反应生成不溶

于水的碳酸钙，也可以小幅度增加水泥土的强度，只是增长速度较为缓慢。另外，从施工角度来看，水泥

搅拌桩中不可避免会存在原状土块和水泥团块，其粒径大小与强制搅拌的程度密切相关。强制搅拌越充分

，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，水泥土结构强度的均一性就越好，即宏观强度也就越高。

建设部颁布的JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》，要求施工过程中必须确保全桩上下至少复搅一次，

从而使水泥与土体充分拌和，保证成桩质量，提高桩体强度。

三、水泥土搅拌桩在深基坑支护中的应用1
．工程概况建筑物位于厦门湖滨南路与后埭溪路交汇口之东南侧，场地的南面为已建的龙景台商住楼，东

面为已建某项目一期工程，北侧紧邻交警宿舍楼，西侧为后埭溪路。主体为框架结构，地面以上25层，设

1层地下室。建筑物设计±0.00标高为黄海高程2.55m，场地周边实际标高为黄海高程2.05m—2.35m。基坑

开挖深度为5.5m—7.20m，桩基础采用管桩。基坑支护设计基坑坑底主要为淤泥层，四周场地极为狭窄，

周边距已有建筑物距离较近，尤其是北侧至交警宿舍仅有2.5m，西侧靠近城市主干道，动荷载较大。基坑

处于软土地区，且周围环境复杂。地下水位高，淤泥质土强度低，且灵敏度高，设计及施工难度较大。根

据基坑四周环境和开挖深度要求，经过技术、经济、工期分析，决定采用水泥土搅拌桩加局部锚杆的复合

型基坑支护方案。
基坑各侧边采用不同的结构形式进行分析和计算，其围护结构重要性按二级基坑考虑。（1）地面荷载取

值。东、北侧地面荷载按10kPa，南侧按20kPa，西侧按15kPa计算取值。（2）水泥土挡墙设计计算。为抵

抗地下水和土体产生的侧压力，将深层搅拌桩用作支护结构，并采用块状或空腹格栅状加固形式构成水泥

土挡墙，相邻桩搭接长度一般大于100mm，因其抗弯(拉)强度很低，一般按重力式挡墙设计计算。挡墙验

算主要包括滑动稳定性，倾覆稳定性，整体稳定性等。此外，还需进行水泥土挡墙墙身应力验算，验算内

容包括法向应力(σ=W/B)，剪切力(τ=(Ea1-Wμ)/B<0.15qu)和抗拉强度(σ拉=M/W-γh<0.06qu)。因水泥

土抗拉强度极差，在深层搅拌桩的受拉侧{dy}排桩内插入L30×30×3角钢(抗拉强度取36kN)，有效的解决

了水泥土搅拌桩抗拉强度不足的问题，使设计更加合理。根据验算和试算结果，对水泥土挡墙厚度，水泥

掺入比及相关参数进行适当修正和调整。水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为15%，水灰比为

0.55：1.0。施工采用下沉喷浆搅拌和提升喷浆搅拌各1次的施工工艺，其中保证下沉(提升)的速度不大于

0.5m/min，钻杆转速不小于60转/min。经计算，该项目支护设计为东，南，西侧北部，北侧西部主挡墙采

用五排搅拌桩，墙宽2.6m，搭接100mm，桩长10m—10.5m；被动区采用5×5排搅拌桩，搭

接50mm，桩长3.8m—5.0m。北侧东部近邻交警宿舍楼处和东侧中部因主楼基础影响无法保证搅拌桩宽度部

位，主挡墙采用三排搅拌桩，墙宽1.6m，搭接100mm，桩长10m—10.5m；被动区采用排搅拌桩

，搭接50mm，桩长3.8m—5.0m，同时在地面以下2.0m和4.0m处各设一道锚杆支撑，{dy}、二道锚

杆水平倾角分别为15o和30o。西侧南部因开挖深度为7.2m，离后埭溪路较近且地面荷载较大(15kN/m2)，

主挡墙设计为三排搅拌桩，墙宽1.6m，搭接100mm，桩长12.5m，被动区采用5×5排搅拌桩

，搭接50mm，桩长3.8m—5.0m，同时在地面以下2.0m，4.0m，6.0m处各设一道锚杆支撑，三道锚杆水平倾

角均为30o。锚杆的钻孔直径为130mm，采用二次注浆工艺，{dy}次为常压注浆，第二次为高压注浆，注浆

压力应不小于2.5kN。3．监测情况在基坑开挖及地下室施工过程中，对本工程周边建筑物，围护桩桩顶水

平位移，沉降位移进行监测，至地下室顶板施工完成历时3个月。
基坑围护工程的设计预警值为:桩顶水平位移40mm，地面垂直沉降30mm。（1）地面沉降监测。施工期间观

测基坑周边地面{zd0}沉降量为83mm，最小沉降量为5mm；周边建筑物{zd0}沉降量为24mm，最小沉降量为0。

现该工程地下室施工已经完成，从沉降观测结果看，沉降逐渐收敛并趋于稳定。（2）桩顶水平位移监测

。施工期间观测东侧桩顶水平位移{zd0}值为44mm，最小值为24mm；北侧桩顶水平位移{zd0}值为34mm，最小

值为2mm；南侧桩顶水平位移{zd0}值为130.09mm，最小值为14mm；西侧的桩顶水平位移{zd0}值为25mm，最

小值为5mm。从桩顶水平位移观测结果来看，该工程至地下室施工完成，桩顶水平位移逐渐收敛并趋于稳

定。桩顶水平位移和基坑周边地面沉降个别监测点超过设计预警值，认为是挤土变形回弹的累加影响和土

方开挖初期开挖速度偏快，围护桩内应力释放过快，被动区强度未xx达到设计强度所致，经采取在桩顶

水平位移和沉降超过预警值的南侧围护桩不同高度上钻孔安置泄水管，以减小侧面地下水压力的方法，同

时在相应位置坡脚下堆置沙袋，使围护桩位移速率逐渐减小。跟踪监测，结果发现桩顶水平位移和地面沉

降均日渐收敛并趋于稳定，不影响地下室的施工安全。另外，施工完毕后，水泥土搅拌桩止水效果较好，

基坑墙面未发现明显的渗水现象。

四、结论1．水泥土搅拌桩利用水泥等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂

强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使土体硬结成具有整体性，水稳定性和一

定强度的桩体，从而减少软土地基的沉降量，抑制土体侧向变形，满足工程建设要求。2．水泥土搅拌桩

在深基坑围护工程中，是一种常用且经济的方案，该支护结构形式具有工程造价低、工期短、止水性好等

优点，不需要另外设置止水帷幕。3．本工程实践证明：各支护结构位移及变形、周围地面沉降等实测数

据都在规范要求以内。故该基坑工程支护设计和施工是成功的。4．主动区搅拌桩搭接宽度100mm，被动区

搭接宽度50mm，突破了搭接150mm—200mm的做法。同时在具有整体性和良好止水作用的前提下，可节省工

程量，降低造价。5．支护结构内侧采用被动区局部加强措施，以增加较少的搅拌桩工程量，使抗倾覆，

抗滑移能力大幅度提高。6．在搅拌桩受拉侧加入角钢，合理经济地解决了深层水搅拌桩抗拉强度低的问

题。7．深层搅拌桩局部加土层锚杆的施工工艺，可有效地解决因受外围场地条件限制，挡墙宽度较小而

产生的较大变形，抗倾覆不能满足设计要求的问题，也可有效地解决水泥土重力式挡墙变形较大的问题。

参考文献[1]国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-1999[2]国家行业标准《建筑地基处理技术

规范》JGJ79-2002[3]龚晓南.深基坑工程设计施工手册.中国建筑工业出版社,1998年[4]陈绪禄等.水泥土

基坑维护设计.地下工程与隧道,1997：4