水泥土擠密樁在深厚濕陷性黃土地區高層建筑中的應用研究

摘 要 針對陜西關中地區部分黃土塬黃土濕陷性厚度較大，此類場地濕陷性完全消除存在較大困難。因此通過探究水泥土擠密樁的加固原理，通過現場試驗檢測，提出合理的施工參數，使其既能夠消除黃土的濕陷性又能夠提高地基的承載力，以滿足復合地基要承載力要要求。

關鍵詞 水泥土;濕陷性黃土;消除;承載力

Abstract For part of the collapsibility loess tableland loess in guanzhong region of shaanxi province thickness is larger， collapsibility such site completely eliminate bigger difficulties so through studying the reinforcement principle of cement-soil compaction piles， through the field test， put forward the reasonable construction parameters， make its can eliminate the collapsibility of loess and can increase the bearing capacity of foundation， in order to meet the requirements of bearing capacity of composite foundation.

Key words Cemented soil; Collapsed loess; Eliminate; Bearing capacity

前言

濕陷性黃土是大孔隙、非飽和的欠壓密土，在我國西北地區廣泛分布[1]。濕陷性黃土地基處理方案設計一般都要達到消除或減弱場地濕陷性、提高地基承載力和壓縮模量的目的[2]。常用的地基處理方式有換填墊層法、強夯置換法、灰土擠密樁法和素土擠密樁法等[3]。但對于高層建筑，采用一般的地基處理方法很難滿足其對地基承載力的要求，如何采用較為節省的方法消除地基土濕陷，同時大幅提高地基承載力是此類地基處理需解決的方向。本文在對前人研究成果綜合分析的基礎上，結合相關工程經驗對濕陷性黃土地區水泥土擠密樁法處理濕陷性做出初步研究。

1工程概況與地質參數

1.1 工程概況

擬建某高層住宅，場地地形東高西低，地面高程為535.38～541.63m，地貌單元為黃土塬區，本場地穩定水位埋深56.3 ～57.7m，地下水屬孔隙潛水類型。本工程地上18層，地下 1 層，采用剪力墻結構，筏板基礎，建筑高54.1m，基底壓力為320kPa。采用靜壓成孔水泥土擠密樁施工工藝，水泥土比例為水泥∶土=1∶6，樁孔間距采用1.3m進行試樁。

1.2 地基參數

擬建建筑屬乙級，巖土工程勘察等級為甲級;擬建場地為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷性等級為Ⅳ級。勘探深度范圍內巖性主要為第四系松散堆積物，即由全新統人工填土、上更新統風積黃土、殘積古土壤和中、下更新統風積黃土等組成。與設計有關的各層地基土物理力學指標見表1。

2水泥土擠密樁處理黃土濕陷性的機理研究

擠密工法主要采用非取土成孔擠密法、預鉆孔填料擠密法等。非取土擠密法主要在成孔過程中擠密樁周土，以增加樁孔間周地基土的密實度，并在樁孔中分層填以素土、灰土、水泥土，土等或夯擴成樁，從而形成由樁間（周）擠密土與樁體共同承擔上覆荷載的復合地。水泥土擠密樁的擠密效果與土的原始含水量以及土的干密度密切相關。當含水量過低時，由于土呈堅硬狀態，塑性小，土不易被擠壓，有效擠壓區相應減小;當含水量過高時，由于擠壓引起超靜水孔隙壓力，使土體只能向外圍移動而促使擠密作用減小，且孔壁附近的土因受到擾動而導致強度降低。因此，拔出樁管時，樁孔容易出現縮頸、回淤等現象。所以，成孔擠密時，土的含水量接近最有含水量時擠密效果最好，亦易于施工[4]。

2.1 水泥土擠密樁的作用機理

水泥土擠密樁是將水泥和土料在孔外充分拌勻然后回填孔內并強力夯實形成具有一定強度的水泥土加固體，在此過程中，水泥和土體發生了復雜的物理、化學反應，起到了夯實擠密作用[5-6]。

（1）膠結作用。水泥和土體攪拌后，通過水解和水化反應生成可持續硬化的水化產物，有的顆粒通過離子交換使小顆粒凝結，其余則通過水泥自身水解增強吸附性而進一步膠結。

（2）夯實擠密作用。在夯擊動力作用下土體結構會重新進行排列，體積壓縮，密度增大，形成夯實水泥土的密實強度。

2.2 樁間地基土的作用機理

水泥土擠密樁是利用靜壓沉管或沖擊成孔，由于成孔時的側向擠壓作用，使得樁間土得到第一次擠密，然后在樁孔內用水泥土拌合料分層夯填密實，夯填過程中，又對樁間土進行第二次擠密[7]。

3水泥土樁施工及檢測

3.1 施工工藝

水泥土擠密樁施工工藝流程為：成孔—制備水泥土一夯填成樁。成孔是水泥土擠密樁加固地基的第一步，本工程使用ZYJ860BG液壓靜力壓樁機采用靜壓沉管成孔分層夯實回填工藝。靜壓沉管成孔后應采用不小于1.8t的重錘分層回填夯實，填料前空夯8-10擊，孔內填料采用接近最優含水率的素土，要求壓實系數不小于0.97，樁間土平均擠密系數不小于0.93，最小擠密系數不小于0.88。

3.2 試驗檢測

（1）濕陷性試驗結果。本次試驗在該場地內挖探井3眼，探井編號為T1～T3，每井探眼取樣15件，取樣深度為基坑底往下1m開始，每間隔1m取樁間土大樣，3眼探井共取45件樁間土大樣。根據土工試驗資料，45件土樣濕陷系數δs均小于0.15，說明樁間土濕陷性已經消除。

（2）樁間土平均擠密系數試驗結果。3眼探井在兩樁中心及樁體外10cm共取90件樁間土環刀樣，進行樁間土擠密系數試驗。土工試驗結果表明：3眼探井樁間土平均擠密系數平均值為0.93～0.94，樁間土擠密系數平均值滿足設計要求。

（3）樁體壓實系數試驗結果。3眼探井中共取6根樁90件樁身土樣，進行干密度試驗。土工試驗結果表明：樁體壓實系數平均值為0.97～0.98，壓實系數滿足設計要求。

（4）承載力試驗結果。本次試樁進行復合地基靜載試驗3臺，試驗編號為 S1、S2、S3。各試驗點最大加載量均為800kPa，分8級加載，每級加載增量100kPa。當荷載加至700kPa時，3臺試驗點累計沉降量分別為18.79mm、18.40mm、17.77mm，從P-S曲線來看，試驗曲線為緩變形，比例界限不明確。當荷載加至最大荷載800kPa時，累計沉降量猛增至39.77mm、42.46mm、37.25mm，均未出現極限破壞，但最后一級沉降增量較大，試驗沉降P-S曲線圖1、圖2、圖3。地基承載力極限值可按700kPa取用，即本次試樁工程復合地基承載力特征值為350kPa，滿足要求。

4結束語

通過對處理前后地基土濕陷性、承載力數據的對比分析可知：

（1）由水泥土擠密樁處理過的復合地基對濕陷性黃土的強度有明顯提高，能夠有效增強黃土地基的抗變形能力，能大幅提高地基承載力，滿足地基承載力要求。

（2）能夠有效消除地基處理范圍內黃土的濕陷性。

（3）豐富了在黃土地區的工程實踐經驗，對研究濕陷性黃土地質特性具有一定的參考價值。

（4）水泥土擠密樁處理地基應用廣泛，但對特殊環境、不同地質條件并存的情況還需更多探索。

參考文獻

[1] GB 50025-2004.濕陷性黃土地區建筑規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2] 閆志芳.濕陷性黃土地區建筑物地基處理方案優選研究[D].西安：西安建筑科技大學，2014.

[3] 林良進.地基處理選擇與樁基選型研究[D].廈門：廈門大學，2009.

[4] 范森.水泥土擠密樁處理濕陷性黃土路基技術研究[J].價值工程，2017，（12）：136–139.

[5] JGJ94-94.建筑樁基礎技術規范[S].北京：中國標準出版社，1994.

[6] 俞賓輝.建筑地基基礎工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，2005：27-42.

[7] 孫建龍.灰土擠密樁加固濕陷性黃土地基機理與施工[J].山西建筑，2008，（29）：145-147.

作者簡介

程浩（1985-），男，河南信陽人，畢業于西安科技大學建筑與土木工程專業，碩士研究生，現就職于陜西省土地工程建設集團，研究方向：巖土工程。