擠密法在濕陷性黃土地基處理中的應用

楊洪軍 臧士宏 解欣媛

摘要：擠密法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。本文著重介紹擠密法在處理濕陷性黃土的設計及施工，并結合工程實踐淺述一些自己的看法。

關鍵字：濕陷性黃土 灰土 擠密樁 褥墊層

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區，根據不同的地基土質和不同的結構物，地基處理應選用不同的處理方法。在勘察階段，經過現場取樣，以試驗數據進行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別后，通過經濟分析比較，綜合考慮工藝環境、工期等諸多方面的因素，最后選擇一個最合適的地基處理方法，經過優化設計后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。處理方法有墊層法、強夯法、擠密法、預浸水法等。擠密法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理深度為5~15m。本文結合工程實踐著重介紹擠密法在處理濕陷性黃土的設計應用。

概述

濕陷性黃土是一種特殊性質的土，在一定的壓力下，下沉穩定后，受水浸濕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉，故在潤陷性黃土場地上進行建設，應根據建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產生危害。灰土擠密樁或土擠密樁是利用沉管、沖擊或爆擴等方法在地基中擠土成孔，然后向孔內夯填素土或灰土成樁。成樁時，通過成孔過程中的橫向擠壓作用，樁孔內的土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將備好的素土(黏性土)或灰土分層填入樁孔內，并分層搗實至設計標高。用素土分層夯實的樁體，稱為土擠密樁；用灰土分層夯實的樁體，稱為灰土擠密樁。二者分別與擠密的樁間土組成復合地基，共同承受基礎的上部荷載。灰土擠密樁法或土擠密樁法具有就地取材、以土治土、原位處理、深層加密和費用較低的特點，在我國西北及華北等黃土地區已廣泛應用。另外灰土樁施工中如遇到土和水中含有過量強酸，不宜采用灰土樁；地基含水量大于23%、飽和度大于0.65以及土中碎（卵）石含量超過15%或有厚度40cm以上的砂土或碎石時，不宜采用擠密樁。

擠密樁設計與計算

1）灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的面積，應大于基礎或建筑物底層平面的面積，并應符合下列規定。? (1)采用局部處理超出基礎底面的寬度時，對非自重濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，每邊不應小于基底寬度的0.25倍，并不應小于0.50m；對自重濕陷性黃土地基，每邊不應小于基底寬度的0.75倍，并不應小于1.00m。? (2)當采用整片處理時，超出建筑物外墻基礎底面外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1／2，并不應小于2m。?2）?處理深度及孔徑灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的深度，應根據建筑場地的土質情況、工程要求和成孔????及夯實設備等綜合因素確定。對濕陷性黃土地基，當擠密處理深度不超過12m時，不宜預鉆孔，擠密孔直徑宜為0.35~0.45m；當擠密處理深度超過12m時，可預鉆孔，其直徑（d）宜為0.25~0.35m，擠密填料孔直徑（D）宜為0.50~0.60m。

3）布孔計算? 為使樁間土均勻擠密，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離s，可為樁孔直徑的2.0～2.5倍.也可按下式計算：

S=0.95[（ηcρdmaxD2-ρd0d2）/ηcρdmax-ρd0]1/2

式中 S—孔心距 (m)；

D—擠密填料孔直徑 (m)；

d—與鉆孔直徑 (m)；

ρd0—地基擠密前壓縮層范圍內各層土的平均干密度 (g/cm3)；

ρdmax—擊實試驗確定的最大干密度 (g/cm3)；

ηc—擠密填孔（達到D）后，3個孔之間土的平均擠密系數，不宜小于0.93。

擠密填孔（達到D）后，3個孔之間土的最小擠密系數：

ηdmin=ρd0/ρdmax

式中ηdmin=土的最小擠密系數：甲乙類建筑不宜小于0.88；丙類建筑不宜小于0.84；

ρd0—擠密填孔后，3個孔之間形心點部位土的干密度 (g/cm3)；

4)填料選擇

樁孔內的填料，應根據工程要求或處理地基的目的確定，樁體的夯實質量宜采用平均壓實系數λc控制，當樁孔內用灰土或素土分層回填、分層夯實時，樁體內的平均壓實系數λc值，均不應小于0.96。灰土的體積配合比宜為2：8或3：7。

5）灰土擠密樁和土擠密樁復合地基承載力特征值，應通過現場單樁或多樁復合地基荷載試驗確定，初步設計當無試驗資料時可按當地經驗確定，但對灰土擠密樁復合地基的承載里特征值，不宜大于處理前的2.0倍，并不宜大于250KPa；對土擠密樁復合地基的承載特征值，不宜大于處理前的1.4倍，并不宜大于180KPa。

6)變形計算

擠密樁處理地基的變形計算應按國家《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）的有關規定執行。其中復合土層的壓縮模量應通過試驗或結合當地經驗確定。

擠密樁施工及檢驗

成孔應按設計要求、成孔設備、現場土質和周圍環境等情況，選用沉管（振動、錘擊）或沖擊等方法，在大面積施工前，必須在現場選擇有代表性的地段進行試驗或試驗性施工，其試驗結果必須滿足設計要求，一是要求樁間土的濕陷系數小于0.015；二是要求樁體的壓實系數大于0.93；三是復合地基的承載力特征值滿足設計要求。

施工中應注意的問題：

1、土料與水泥應拌合均勻，達到最優含水量，應由現場試驗確定，灰土用量不得少于按配比試驗確定的量。

2、成孔和孔內回填夯實的施工順序，當整片處理時，宜從里（或中間）向外間隔1~2孔進行，對大型工程可采取分段施工；當整片處理時，宜從外向里間隔1~2孔進行。

3、樁孔中心點的偏差不應超過樁距設計值的5%，樁孔垂直度偏差不應大于1.5%；樁孔直徑不得小于設計樁徑；樁孔深度不應小于設計深度；向孔內填料前孔底必須先夯實樁頂夯填高度應大于設計樁頂標高200-300mm，在褥墊層施工時應將多余樁體及預留松動土層挖除，樁頂面應水平。

施工中可能出現的問題及處理方法

1、夯打時樁孔內有滲水、涌水、積水現象可將孔內水排出地表，或將水下部分該為混凝土樁或將水下部分改為混凝土樁或碎石樁，水上部分仍為土（或灰土）樁。

2、沉管成孔過程中遇障礙物，可采取以下措施處理：

1）用洛陽鏟探查并挖除障礙物，也可在其上面或四周適當增加樁數，以彌補局部處理深度的不足，或從結構上采取適當措施進行彌補。

2）對未填實的墓穴、坑洞、地道等面積不大，挖除不便時，可將樁打穿通過，并在此范圍內增加樁數，或從結構上采取適當措施進行彌補。

3、夯打時造成縮頸、堵塞、擠密成孔困難、孔壁塌陷等情況，可采取以下措施處理

1）當含水量過大縮頸比較嚴重實，可向孔內填干砂、生石灰塊、碎磚渣、干水泥、粉煤灰：如含水量過小，可預浸水，使之達到或接近最優含水量。

2）遵守成孔順序，由外向里間隔進行（硬土由里向外）。

3）施工中宜打一孔填一孔，或間隔幾個樁位跳打夯實。

4）合理控制樁的擠密范圍

質量檢驗：

成樁后，應及時抽樣檢驗灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的質量，檢測全部處理深度內樁體和樁間土的干密度，并分別換算為平均壓實系數和平均擠密系數，對重要工程還應檢測全部處理深度內樁間土的壓縮性和濕陷性。抽樣檢測的數量，對一般工程不應少于總樁數的2%；灰土擠密樁和土擠密樁復合地基在竣工驗收時，其承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗。

設計實例

某物流倉庫位于青海省西寧生物園區，場地黃土屬II~IV自重濕陷性，濕陷深度7~14m，最大總濕陷量758.6mm，最大自重濕陷量612.4mm。根據建筑特點并結合地質情況，基礎下地基采用2：8灰土擠密樁復合地基處理，處理范圍為基礎每邊寬度0.75倍；地坪下采用素土擠密樁處理。樁徑400mm，樁長根據地質報告確定7~12.5m，采用正三角型布置（平面布置見下圖1）。所選填料灰土的最大干密度≥1.70t/m3，應分層回填夯實，壓實系數≥0.95。依地質勘察報告揭示，擠密處理前場地黃土的土粒比重為2.69，土樣的天然含水率為7.9~17.8%，天然孔隙比0.674~1.059，干密度為1.31~1.63t/m3，其最大干密度按1.68t/m3估算，經擠密處理后的樁間土平均擠密系數應≥0.93。根據當地工程經驗，施工工藝采用洛陽鏟人工掏孔，專用偏心輪自動落錘夯實機夯實灰土，灰土按有關規范要求嚴格過篩、拌和，控制最優含水量。擠密樁頂標高以上應設置500mm厚的灰土墊層，其壓實系數不應小于0.95。擠密樁施工完成后檢測地基自重濕陷量完全消除，各項指標均達到設計要求。該工程已完工，并使用1年多，經沉降觀測沉降量均滿足規范及使用要求。

圖1

結束語

濕陷性處理方法很多，但應因地制宜，合理選擇。擠密法對于濕陷性較強的自重濕陷性黃土地基是比較好的處理措施，本技術施工方便、工期短、造價低，處理10~15m左右深度濕陷性黃土效果明顯；其最大優點就在于可就地取材，比其他處理濕陷性黃土方法造價為低，尤其像西北等缺水地區更為適用。

參考文獻：

[1] 高大釗《地基加固新技術》機械工業出版社,2002.

[2] 張永鈞《建筑地基處理技術規范》2002

[3] 黃熙齡《建筑地基基礎設計規范》2002

[4] 羅宇生《濕陷性黃土地區建筑規范》2004

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。