素土擠密樁在濕陷性黃土中的應(yīng)用

彭 晨

(1. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

素土擠密樁在濕陷性黃土中的應(yīng)用

彭 晨1

(1. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

本文以G309固西高速公路項(xiàng)目為依托，通過當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、地層狀況、黃土濕陷性等綜合因素，采用素土擠密樁法加固濕陷性黃土路基。對(duì)不同深度的樁體土和樁間土鉆芯取樣進(jìn)行物理指標(biāo)檢測和承載力測試，試驗(yàn)表明：素土擠密樁改變土體的物理性質(zhì)，使土體加密，有效提高樁體土的壓實(shí)系數(shù)和樁間土的擠密系數(shù)，路基濕陷性消除，復(fù)合地基承載力顯著提高，該方法在深層處理地基問題上是一種較為提倡且經(jīng)濟(jì)的處理措施。

素土擠密樁；濕陷性黃土路基；物理性質(zhì)；復(fù)合地基

1.概述

濕陷性黃土由于結(jié)構(gòu)的欠壓密性，具有垂直節(jié)理和大孔隙結(jié)構(gòu)，受水的影響，易引起壓縮變形或濕陷變形，嚴(yán)重時(shí)影響工程質(zhì)量建設(shè)。為此，西安建筑科技大學(xué)胡長明教授研究機(jī)場試驗(yàn)段素土擠密樁處理超高填方深度濕陷性黃土；陜西省地礦局第二綜合物探大隊(duì)楊宏昌進(jìn)行素土擠密樁-鉆孔灌注樁自重濕陷性黃土的應(yīng)用；山西省萬家寨引黃工程管理局付梁采取素土擠密樁法處理金沙灘水庫壩基等，上述研究表明素土擠密樁能有效處理濕陷性黃土，且在工程運(yùn)營中達(dá)到理想效果。為解決黃土的濕陷性，本文以寧夏G309固西高速公路A1合同段為依托，對(duì)路基樁號(hào)k4+000～k4+475濕陷性黃土區(qū)域進(jìn)行素土擠密處理。

2.地質(zhì)概況和樁體布置

依據(jù)地質(zhì)勘測資料，地層分為：①黃土狀土（Q4al+pl）:黃褐色，結(jié)構(gòu)松散，含大量針孔，干密度1.35g/cm3，含水量 15.6%，地層厚度 2.0-2.2m，承載力容許值為130kPa②粉土（Q4al+pl）:黃褐色，結(jié)構(gòu)較密，偶見圓礫，干密度1.4～1.51g/cm3，地層厚度6.8-7.5m，承載力容許值150kPa③粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）:黃褐色，硬塑，結(jié)構(gòu)致密，土質(zhì)較均，黏粒為主，粉粒次之④粉土（Q4al+pl）:黃褐色，濕，中密，粉粒為主。

計(jì)算自重濕陷性量為 480mm～585mm，總濕陷量為 1305～1607mm，具有自重Ⅳ（很嚴(yán)重）濕陷性。

素土擠密樁的工后效果與樁間距密切相關(guān)。研究表明，素土擠密樁樁孔直徑一般在0.3～0.5m，樁孔間距為樁直徑的2.0～2.5倍[1]。成樁施工中，黃土土體受到側(cè)向擠壓作用，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，土體擾動(dòng)空隙改變，由于素土擠密作用力的傳遞沿著樁孔邊緣向周圍不斷減弱，成樁傳遞作用力的范圍有限，為使樁間土均勻密實(shí)，本試驗(yàn)段采用正三角形布置[2]，擬定間距s=0.8m，排距h=0.87s=0.69m。素土擠密樁樁孔深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貪裣菪渣S土的厚度、場地的濕陷類型以及成孔設(shè)備等條件確定[3],設(shè)計(jì)擬定樁孔直徑為40cm，樁孔深度為5m。

3.試驗(yàn)結(jié)果

路基施工處理完成后，為驗(yàn)證施工效果，鉆芯取樣法對(duì)樁體土和樁間土從設(shè)計(jì)樁頂面開始1.0m、2.5m、3.5m、4.5m、5.1m取樣，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)。

3.1 物理指標(biāo)

進(jìn)行含水率、干密度、濕陷系數(shù)等主要物理性質(zhì)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1～3。

表1 土體含水率隨深度變化（%）

表2 土體干密度隨深度變化（g/cm3）

表3 土體濕陷系數(shù)隨深度變化

試驗(yàn)表明，處理后各層樁體土與樁間土的含水率降低，干密度增大，濕陷系數(shù)降低且均小于0.015，土體的物理性質(zhì)明顯得到改善，土體達(dá)到密實(shí)，濕陷性基本消除。

3.2 樁體土壓實(shí)系數(shù)cλ與樁間土擠密系數(shù)dη

本次試驗(yàn)隨機(jī)抽取5根樁體土體，進(jìn)行密度試驗(yàn)，然后計(jì)算壓實(shí)系數(shù)，如表4。

表4 樁體土隨深度的平均壓實(shí)系數(shù)表

樁體填土后由于受到夯實(shí)擠壓的作用，通過樁側(cè)橫向作用力使距樁周圍一定范圍內(nèi)的天然土體獲得擠密效果，從而消除樁間土的濕陷性。本次試驗(yàn)為選用 3組樁間土進(jìn)行測定，其測定結(jié)果滿足要求，如表5。

表5 樁間土隨深度的平均擠密系數(shù)表

3.3 復(fù)合地基承載力

采用復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)地基承載力，承載板厚2cm圓形鋼板，面積0.5m2，加載方式為堆載式，最大加載量為398.1kpa，分11級(jí)加載,其累計(jì)沉降量與增加荷載如圖1.

圖1 累積沉降隨加壓荷載的曲線

如圖，繪制P-S曲線平緩光滑無明顯直線段，未出現(xiàn)極限荷載，按相對(duì)變形法確定復(fù)合地基承載力，素土擠密復(fù)合地基取所對(duì)應(yīng)的荷載作為處理地基的容許承載力 210kpa，滿足要求處理后的復(fù)合地基承載力均不低于180kPa[3]。

4 結(jié)論

素土擠密樁作為一種柔性樁復(fù)合地基基礎(chǔ)形式，通過以土制土的方法有效治理濕陷性黃土路基，改變樁體土的物理性質(zhì)，使土體達(dá)到均勻密實(shí)。同時(shí)，素土擠密對(duì)樁間土提供一定的側(cè)向約束作用，限制土體側(cè)向位移，從而樁體土壓實(shí)系數(shù)與樁間土擠密系數(shù)達(dá)到規(guī)范要求，且室外靜載試驗(yàn)也滿足復(fù)合地基承載力要求，處理效果良好。

[1]羅宇生,濕陷性黃土地基處理.羅宇生[M],中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]李文扦,段瑞瑞.素土擠密樁法在水工建筑物濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用[J],水利建設(shè)與管理,2009,10:（48-49）

[3]錢鴻縉，王繼唐，羅宇生等.濕陷性黃土地基[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985,328-335

[4]GB50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].中華人民共和國建設(shè)部,2004.8

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