灰土擠密樁在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用

萬濤英

（山西省地質(zhì)勘查局217地質(zhì)隊(duì)水工環(huán)技術(shù)中心，山西 大同 037008）

大同市金海花園高層住宅樓位于典型的大同盆地西北部山前傾斜平原區(qū)，地勢平坦。地層主要以第四系上更新統(tǒng)沖洪積為主。土質(zhì)屬Ⅰ－Ⅱ級非自重濕陷性黃土，承載力較差。為消除地基土的濕陷性，提高地基承載力，該工程地基處理加固采用灰土擠密樁。

1 灰土擠密樁的設(shè)計(jì)

1.1 定義及設(shè)計(jì)原理

灰土擠密樁是由素土、熟石灰按一定比例拌合，沉管擠土成孔，灰土分層夯填，與樁間土和墊層一起形成復(fù)合地基。即利用打樁機(jī)或振動器將鋼套管打入地基土層并隨之拔出，在土中形成樁孔，然后在樁孔中分層填入石灰土夯實(shí)而成灰土樁。它與夯實(shí)、碾壓等豎向加密方法不同，屬橫向加密土層。施工中當(dāng)套管打入地層時(shí)，管周地基土受到了較大的水平向擠壓作用，使管周一定范圍內(nèi)的地基土的工程物理性質(zhì)得到改善，其密實(shí)度增加、壓縮性降低、濕陷性全部或部分消除。

1.1.1 承載力

濕陷性黃土地基經(jīng)過土樁擠密之后，其工程物理性質(zhì)發(fā)生了明顯地變化，土樁與樁間擠密土由于工程物理性質(zhì)相近，兩者能較好的共同作用——合理分擔(dān)荷載，即共同組成了所謂的復(fù)合地基，一般稱為（灰）土樁擠密地基。

（灰）土樁擠密地基的容許承載力，根據(jù)P–S曲線上的拐點(diǎn)確定的比例界限所對應(yīng)的荷載值或相對沉降量 s/b＝0.015－0.020所對應(yīng)的荷載值，綜合分析來確定（b為承壓板寬度）。

1.1.2 樁孔直徑

樁孔直徑主要取決于施工機(jī)械的能力和地基土層的原始密實(shí)度。選擇的樁徑過小，樁數(shù)增加，這樣就增加了打樁和回填的工作量；樁徑過大，樁間土擠密效果不好，不能完全消除黃土地基的濕陷性，土的均勻性也差，同時(shí)要求成孔機(jī)械的能量也太大，振動過程對周圍建筑物的影響大。總之，選擇樁徑應(yīng)對以上因素進(jìn)行綜合考慮。

1.1.3 樁孔深度

擠密孔深度主要取決于濕陷性黃土層的厚度、性質(zhì)以及成孔機(jī)械的性能。最小不得小于4～6 m，因?yàn)樯疃冗^小使用土樁擠密不經(jīng)濟(jì)。

對于非自重濕陷土黃土地基，其處理厚度應(yīng)為主要持力層的厚度。即基礎(chǔ)下土的濕陷起始壓力小于附加壓力和上覆土層的飽和自重壓力之和的全部黃土層，或附加壓力等于自重壓力25%的深度處。

1.1.4 處理寬度

擠密（灰）土樁地基的效果也與處理寬度有關(guān)，當(dāng)處理寬度不足時(shí)仍可能使基礎(chǔ)明顯下沉。根據(jù)現(xiàn)場浸水試驗(yàn)，擠密（灰）土樁的處理寬度采用以下數(shù)值較為安全：在非自重濕陷土黃土地區(qū)，擠密地基每邊超出地基邊緣的尺寸不小于0.3 m，對于土樁擠密來說則不得小于0.5 m。

1.1.5 樁孔的平面布置

布孔的基本原則是盡量減少未得到擠密的空白面積。因此，樁孔應(yīng)盡量按等邊三角形排列，這樣可使樁間上得到均勻擠密。但有時(shí)為了適應(yīng)基礎(chǔ)幾何形狀的需要或需要減少樁數(shù)，也可以按正方形、梅花形布置。

1.1.6 樁距

擠密（灰）土樁地基的效果與樁距的大小關(guān)系極大。樁距大了樁間土的擠密效果不好，濕陷性消除不了，承載力也提高的不多；樁距太小樁數(shù)增加太多顯得不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)成孔時(shí)地面隆起，樁管打不下去，給施工造成極大的困難。因此，必須合理地選擇樁距。選擇樁距應(yīng)以樁間擠密土能達(dá)到設(shè)計(jì)的密實(shí)度為準(zhǔn)。要消除樁間土層的濕陷性，樁間土的最小干容重不得小于15 KN/m3。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)原理確定的設(shè)計(jì)參數(shù)為：樁長6.0 m，樁徑0.5 m，樁距1.2 m，平面呈正方形布置，灰土配合比為體積比2∶8。處理長度51 m，寬度15.5 m，灰土樁共計(jì)24×8＝192根，總長1 926 m。樁體設(shè)計(jì)自然狀態(tài)下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為：R28≥0.5 MPa，復(fù)合地基承載力為200 MPa（復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2.0倍的天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值），濕陷性完全消除。

2 灰土擠密樁的施工

2.1 施工準(zhǔn)備

（1）進(jìn)行圖紙復(fù)核，編制施工方案，并對作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)和技術(shù)交底。

（2）對施工現(xiàn)場進(jìn)行平整，形成橫坡，做好排水溝，保證排水暢通。

（3）根據(jù)工期要求，組織機(jī)械設(shè)備及人員進(jìn)場，并配備測量及檢測設(shè)備。

（4）平整好堆料場，選定取土場和石灰供應(yīng)商，對選定的石灰和土進(jìn)行原材料和土工試驗(yàn)，確定石灰土的最大干密度、最佳含水量等技術(shù)參數(shù)。

（5）做好施工場地的“三通一平”工作。

2.2 灰土擠密樁的施工

（1）備料，將土和石灰運(yùn)至拌和場，如用生石灰，在拌和前7 d進(jìn)行消解。

（2）每天施工前測定土和石灰的含水量，確保拌和后石灰土的含水接近最佳含水量。

（3）成孔施工。場地平整后，根據(jù)設(shè)計(jì)樁位圖定出孔位；沉管機(jī)就位后，使沉管尖對準(zhǔn)樁位，調(diào)平擴(kuò)樁機(jī)架，使樁管保持垂直，用線錘吊線檢查樁管垂直度。在成孔過程中，如土質(zhì)較硬且均勻，可一次性成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，如中間夾有軟弱層，柴油機(jī)點(diǎn)火裝置可能熄滅，需要人工輔助點(diǎn)火，反復(fù)幾次才能達(dá)到設(shè)計(jì)深度；對地基含水量較大的地方，樁管拔出后，會出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象，以致樁孔深度或孔徑不夠。對孔深不夠的孔，可采取超深成孔的方式確保孔深；對孔徑不夠的孔，可采用洛陽鏟進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔后及時(shí)夯填石灰土。

（4）灰土拌和。首先對土和消解后的石灰分別過篩，然后按灰土體積比2∶8進(jìn)行配料拌和，在拌料場拌和3遍，運(yùn)至孔位旁夯填前再拌和一次。

（5）夯填石灰土。夯填采用錘擊夾桿夯實(shí)機(jī)，錘徑28 cm，落距50～60 cm，錘重180 kg，每分鐘夯擊次數(shù)為42～45次。

夯填前測量成孔深度、孔徑，作好記錄。

夯填前先對孔底夯擊4～5錘，每填入3 cm厚夯擊不少于3錘，聽到第三錘聲音清脆，回彈明顯，站在孔位旁有回音感覺，夯填連續(xù)進(jìn)行，回填每米填料為0.186 m3左右，直到填滿夯實(shí)為止。

2.3 質(zhì)量技術(shù)保證措施

（1）每天施工前要對填料的含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，含水量過大或過小都會影響夯填密實(shí)效果。

（2）夯機(jī)就位后要保持平穩(wěn)，沉管垂直，夯錘對中樁孔，確保夯錘能自由落入孔底。

（3）施工場地一定要排水暢通，否則一旦下雨，基底含水量增大，更易引起縮孔，雨水進(jìn)入樁體內(nèi)，也影響樁體質(zhì)量。

（4）成孔采用隔跳打的方式，如先打1排和3排，再在中間打第2排，有利于增加擠密效果。

（5）成孔后要及時(shí)回填，以免縮孔和雨水進(jìn)入孔內(nèi)。

（6）填筑施工前進(jìn)行填夯試驗(yàn)，以確定每次合理的填料數(shù)量和夯填次數(shù)。

（7）人工填料時(shí)要按交底要求均勻投料，灰土要拌和均勻。旁站質(zhì)檢人員作好施工記錄。

3 主要施工機(jī)械、設(shè)備、人員

3.1 機(jī)械設(shè)備

見表1。

表1

另需測量儀器、土工試驗(yàn)設(shè)備、鉆孔取樣設(shè)備、靜載試驗(yàn)設(shè)備等。

3.2 主要施工人員

見表2。

表2

4 灰土擠密樁的質(zhì)量檢測

灰土擠密樁的質(zhì)量檢測工作主要分為現(xiàn)場樁體檢測、三樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)、室內(nèi)灰土試樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、樁體的壓實(shí)系數(shù)試驗(yàn)及樁間土濕陷性、壓縮性試驗(yàn)。

檢測樁體數(shù)量為灰土樁總數(shù)的2%，樁間土檢測頻率為1‰。

4.1 樁體和樁間土現(xiàn)場檢測

樁體現(xiàn)場檢測內(nèi)容主要包括樁徑、樁距、樁長、樁體土、樁間土描述。其中，樁距、樁徑檢測方法采用鋼卷尺現(xiàn)場量測，樁長、樁體土芯樣描述通過鉆孔取芯方法進(jìn)行檢測，樁間土采用人工探井取原狀土樣進(jìn)行檢測。

樁體檢測根數(shù)為20根，其中檢測壓實(shí)系數(shù)的樁為10根，均為優(yōu)良樁；檢測抗壓強(qiáng)度的樁為10根，均合格。有關(guān)檢測結(jié)果見表3、表4。

表3 樁體壓實(shí)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表4 抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

4.2 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)檢測

載荷試驗(yàn)為三樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。檢測三樁復(fù)合地基承載力，試驗(yàn)采用慢速維持荷載法進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場條件，采用鋼梁上配置重物的形式（堆重法）提供試驗(yàn)所需反力，通過油壓千斤頂分級施加荷載。

靜載試驗(yàn)3組，平均值320 KPa，滿足設(shè)計(jì)要求。見表5。

表5 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)值

4.3 室內(nèi)試驗(yàn)

室內(nèi)試驗(yàn)主要分干密度試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。干密度試驗(yàn)?zāi)康氖乔蠡彝恋膲簩?shí)系數(shù)；對樁間土原狀樣進(jìn)行土工常規(guī)試驗(yàn)、濕陷性試驗(yàn)及固結(jié)試驗(yàn)；抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)主要檢測樁基土樣的抗壓強(qiáng)度。

樁間土取樣20組，其干密度、孔隙比、壓縮系數(shù)及濕陷性系數(shù)較擠密前有顯著改善，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)設(shè)計(jì)要求，擠密效果明顯，合格率100%。見表6。

表6 擠密前、擠密后效果對比

5 結(jié)束語

灰土擠密樁在金海花園地基處理加固中的應(yīng)用，成功地解決了消除黃土濕陷性、提高地基承載力的目的。由于該方法處理濕陷性黃土厚土層時(shí)，不需大量開挖和（回）換填、所用施工機(jī)械簡單、處理費(fèi)用低、處理地基較深（達(dá)3～15 m），工藝較簡便。屬經(jīng)濟(jì)與技術(shù)效果都較好的一種地基處理方法，具有較大的推廣價(jià)值。

1 崔勇.灰土樁在處理濕陷性黃土地基中的應(yīng)用與分析[J].科技情報(bào)開發(fā)于應(yīng)用，2003（2）：145～145

2 葉書麟.地基處理實(shí)例應(yīng)用手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998

3 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79－2002）