灰土擠密樁在陷性黃土地基的工程應用

羅志書

中石化江漢設計公司 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合地基，以提高地基的承載力、減小建、構筑物的沉降。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。通過對設計規(guī)范的理解和總結，我們運用該方法在坪北油田、延長油田等西北、華北地區(qū)的地面工程建設中取得了較好的實踐效果。

1 工程概況

陜北地區(qū)設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，屋面設有30t重設備水箱層，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、地貌及地質情況較為復雜。結構設計為磚混結構，鋼筋混凝土條形基礎，基底設計壓力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的設計功能要求。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 各層土的物理力學性質指標見表

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、預浸水法和單液硅法。

本工程根據(jù)上述的地質條件，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，灰土樁擠密處理層的設計深度約為6m；處理平面范圍由基礎外緣外擴3m，填料用2∶8灰土。

4 擠密樁的設計

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）當擠密處埋深不超過12m時，不宜預鉆孔，擠密孔直徑宜為0.35～0.45m；當擠密處埋深超過12m時，可預鉆孔，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 復合地基承載力估算

式中:fsp,k——復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，滿足地基基礎需求承載力120kPa的要求。

應該著重強調的是：在復合樁基詳細設計施工前，除了應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情況以及必要的土性參數(shù)（包括擊實實驗資料等），還應該在對該地區(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果進行比較、分析、參數(shù)調整及確定，然后方可大面積的施工，以達到良好的設計和施工質量檢驗效果，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，以確保施工達到設計要求。灰土樁施工完后，挖去設計樁頂以上棄樁頭，鋪設500厚3∶7灰土褥墊層。

6 質量檢驗

灰土樁復合地基竣工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。通過分析檢測的結果，各項指標均達到要求，樁體和樁尖土承載力達到設計要求，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，土質過硬，樁管難以擠入土中，設計時要引起注意。

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

2 《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ79-2012中國建筑出版社