灰土擠密樁在陷性黃土地基的工程應(yīng)用

羅志書

中石化江漢設(shè)計公司 湖北武漢 430223

灰土樁擠密地基是利用成孔和分層夯實填料過程中橫向擠壓作用，使樁間土得到擠密。擠密的樁間土和灰土樁形成復(fù)合地基，以提高地基的承載力、減小建、構(gòu)筑物的沉降。將灰土分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯實，稱為灰土樁擠密法。灰土樁擠密法適用于處理地下水位以上、濕陷性較為嚴重以及濕陷性黃土較厚地區(qū)的工程地基。

灰土擠密樁主要用于提高地基承載力并消除地基土的濕陷性。灰土擠密樁法除用石灰和土制備之外，近年來發(fā)展了石灰、粉煤灰和土制備成二灰土擠密樁，以及較為節(jié)能環(huán)保的建筑產(chǎn)品，如用建筑垃圾（顆粒尺寸較大時需粉碎），摻入少量水和石灰，制備成渣土擠密樁。灰土擠密樁在功能上具有原位處理、深層擠密和以土治土等特點，用于處理深厚濕陷性黃土、素填土、雜填土地基時，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。通過對設(shè)計規(guī)范的理解和總結(jié)，我們運用該方法在坪北油田、延長油田等西北、華北地區(qū)的地面工程建設(shè)中取得了較好的實踐效果。

1 工程概況

陜北地區(qū)設(shè)計某乙方基地綜合辦公樓，建筑物總樓層數(shù)為三層，長49.2m、寬12.7m、高12m，全封閉式外走廊建筑類型，屋面設(shè)有30t重設(shè)備水箱層，荷載極不均勻。該建筑物場地空間較為狹小，依山臨路而建，為陜北黃土高原地區(qū)特有環(huán)境，地形、地貌及地質(zhì)情況較為復(fù)雜。結(jié)構(gòu)設(shè)計為磚混結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基底設(shè)計壓力120kPa。

2 地基情況

根據(jù)勘探揭露，擬建場地自上而下依次為:

2.1 表層素填土

褐黃色，稍濕，松散～稍密，為近期回填，含少量植物根系。分布厚度0.30～1.0m,擬為土方平整清理層。

2.2 原狀土層

①層黃土構(gòu)成，褐黃色色澤較深，稍濕，稍密～中密，硬塑～堅硬狀態(tài)。具針狀孔隙發(fā)育。見少量植物根系。揭露厚度1.10～2.80m。

②層黃土，褐黃色，稍濕、稍密，堅硬狀態(tài)。土體見針狀孔隙，局部少量植物根系。分布厚度2.80～5.60m。

③層黃土、褐黃色色澤較淺，稍濕、高密，堅硬狀態(tài)。未見植物根系。分布厚度約為5.60～9.00m。

黃土δs介于0.004～0.091mm，計算的地基土濕陷總量△S= 236.0～432.0mm,計算的自重濕陷總量△zs=60～151.0mm。依據(jù)勘察分析判斷，該場地屬自重Ⅲ級(嚴重)濕陷性黃土、高～中壓縮性土層。不能滿足該建筑物地基基礎(chǔ)的設(shè)計功能要求。因而消除地基土的濕陷性是地基處理的首要目的，而提高地基土承載力以滿足建筑物的需求，也是地基處理的另一個主要目的。

表1 各層土的物理力學(xué)性質(zhì)指標見表

3 地基處理方案

根據(jù)不同的黃土層厚度、濕陷等級和建筑物類別，常用的地基處理方法有墊層法、夯實法、擠密法、樁基礎(chǔ)、預(yù)浸水法和單液硅法。

本工程根據(jù)上述的地質(zhì)條件，經(jīng)綜合分析比較后,確定采用灰土樁擠密法即灰土樁復(fù)合地基對上部地基土進行深層處理，以消除濕陷性并提高地基土承載力、降低其壓縮性。對上部濕陷性土層進行整片處理、基底下部整層再覆蓋0.5m厚的灰土墊層，在灰土墊層上再做鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，灰土樁擠密處理層的設(shè)計深度約為6m；處理平面范圍由基礎(chǔ)外緣外擴3m，填料用2∶8灰土。

4 擠密樁的設(shè)計

4.1 樁孔間距的確定

鑒于《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）的規(guī)定原則，擠密樁宜按正三角形布樁，其孔心距可按下式計算：

式中：S——孔心距(m)

D——擠密填料孔直徑（m）

d——預(yù)鉆孔直徑

ρd0——地基擠密前壓縮層范圍內(nèi)各層土的平均干密度（g/cm3）

ρdmax——擊實實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(shù)不宜小于0.93。

成孔后，3個孔之間土的最小擠密系數(shù)，甲、乙類建筑不宜小于0.88；丙類建筑不宜小于0.84。

ηcmin——土的最小擠密系數(shù)

ρd0——成孔后三孔中心點處的干密度（g/cm3）當(dāng)擠密處埋深不超過12m時，不宜預(yù)鉆孔，擠密孔直徑宜為0.35～0.45m；當(dāng)擠密處埋深超過12m時，可預(yù)鉆孔，其直徑宜為0.35～0.30m；擠密填料空直徑D宜為0.50～0.60m。

本工程機具條件采用西北地區(qū)該類工程慣用設(shè)備選型，選用樁孔直徑d=0.4m。根據(jù)擊實實驗，樁間土的最大干密度為16kN/m3，按壓實系數(shù)0.93計算，S=1m，布樁平面形式為正三角形。

4.2 復(fù)合地基承載力估算

式中:fsp,k——復(fù)合地基承載力標準值(kpa)；

fp,k——灰土樁承載力標準值；

fs,k——樁間天然地基土承載力標準值(kpa)

m——面積置換率

β——樁間土承載力折減系數(shù)；

最后，確定采用樁長6.2-6.7m，樁間距1m布樁平面為等邊三角形。樁孔填料為2∶8灰土。根據(jù)試樁試驗數(shù)據(jù)分析計算，本工程以上各參數(shù)分別取值如下：

最終計算出fsp,k=156kpa，滿足地基基礎(chǔ)需求承載力120kPa的要求。

應(yīng)該著重強調(diào)的是：在復(fù)合樁基詳細設(shè)計施工前，除了應(yīng)該掌握建筑物的使用情況、要求和建筑物場地的巖土工程地質(zhì)情況以及必要的土性參數(shù)（包括擊實實驗資料等），還應(yīng)該在對該地區(qū)域未取得此類型巖土工程實際經(jīng)驗的情況下，慎重地在施工場地選擇有代表性的地段進行小范圍的試樁及試驗，以取得可靠的工程數(shù)據(jù)，以便于同上面的計算結(jié)果進行比較、分析、參數(shù)調(diào)整及確定，然后方可大面積的施工，以達到良好的設(shè)計和施工質(zhì)量檢驗效果，做到經(jīng)濟合理、安全可靠。

5 施工方法

灰土樁施工前，先將基坑開挖到接近設(shè)計標高處。灰土樁采沉管法成孔擠密，成孔機械為1.8t柴油成樁錘，由W1001履帶起重機帶動。樁孔夯填2∶8灰土，人工控制填料，電動夯實機連續(xù)夯擊。施工過程中除對樁位、樁孔、樁身垂直度和樁身灰土壓實系數(shù)等項檢查外，還需對每根樁孔回填量和夯擊次數(shù)做了記錄，對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理，以確保施工達到設(shè)計要求。灰土樁施工完后，挖去設(shè)計樁頂以上棄樁頭，鋪設(shè)500厚3∶7灰土褥墊層。

6 質(zhì)量檢驗

灰土樁復(fù)合地基竣工1個半月后，開始對地基加固效果進行檢測，對樁間土采取了原狀土樣土工試驗、標準貫入試驗N63.6、輕探N10對土進行了檢測。通過分析檢測的結(jié)果，各項指標均達到要求，樁體和樁尖土承載力達到設(shè)計要求，經(jīng)過沉降觀測，沉降量在規(guī)范允許范圍內(nèi)，使用效果良好。

7 結(jié)束語

采用灰土擠密樁處理濕陷性黃土地基非常適合，既消除了濕陷性，又提高了承載力，減小沉降。填料可就地取材，價格便宜施工簡單快捷，技術(shù)和經(jīng)濟效果顯著。但其也有不足之處，灰土擠密樁法受深度和天然含水率影響和約束，樁若過長成樁困難。地層含水量過大，一情況下,即w>24%，飽和度Sr>65%時，極易發(fā)生縮孔現(xiàn)象，過小，地基土強度過大，土質(zhì)過硬，樁管難以擠入土中，設(shè)計時要引起注意。

1 《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004中國建筑出版社

2 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012中國建筑出版社