夯實水泥土樁在濕陷性黃土地區高層建筑中的應用

趙丹

（中化二建集團有限公司山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

濕陷性黃土主要分布在我國的華北中部和西北地區，具有遇水容易濕陷、失去承載力的特點。黃土地基的處理目標主要就是消除土體的濕陷性問題或者降低濕陷性問題，采取措施提高地基的承載力以及土體的壓縮模量，因此合理使用夯實水泥土樁進行處理，能夠較好地防止地基產生變形等問題的發生（如圖1所示）。夯實水泥土樁的施工指的是采用機械設備或者人工開挖的方式進行開孔處理，然后對需要填入的材料進行水泥與土料之間的配比計算，將填充料拌合均勻后填入孔洞，然后進行分層回填以及夯實處理，形成增強體。這樣處理完之后的復合地基能夠很好地承載上部傳遞來的荷載，樁間土能夠形成擠土效應，消除土體的濕陷性。

1 水泥土樁的設計

1.1 樁間距的設計

在夯實水泥土樁的設計階段，施工單位應當高度重視樁間土所產生的濕陷性消除問題，濕陷性消除與樁間距離的關系較為緊密，因此必須對樁間距進行計算，依據國家現行的標準，采用科學的公式，精確計算出樁間距。

1.2 地基承載力的計算

在樁間距計算完畢之后，還需要對其進行優化，主要遵循的原則就是在能夠滿足樁間土的濕陷性消除條件的前提下，對單樁的承載力進行設計，結合復合地基的設計承載力提高土體的置換率并降低樁間距。一般來說單樁的承載力需要改變配合比與樁體材料來實現，在水泥土樁復合地基的設計中，應當在樁頂的位置放置不低于500mm 的水泥土墊層，寬度的數據應當大于地基處理的寬度數值。夯實水泥樁所采用的材料不應當采用早強類型的水泥，而是應當采用普通的硅酸鹽水泥，提供穩定的強度。

圖1 水泥土樁

2 工程的實際案例分析

某工程的場地為黃土地區，地下水埋深為20～22m，工程的主體結構為地下1 層，地上22 層，結構形式為框架剪力墻結構，建筑基底的壓力為400KPa，基礎的埋深為8.0m，基礎尺寸為45m×28m。建筑為加急建筑，場地的濕陷性為II 級。

2.1 地基的處理方案

根據本工程的特點，設計了兩種地基處理方案：第一種為采用水泥土（體積比1:4 的水泥和土），采用擠密法施工來提高土體的承載力和壓縮模量，工藝為沉管成孔，二次夯擴，樁直徑采用45cm，樁長為11m，三角形布樁，持力層為第6 層。第二種為素土擠密樁與CFG 樁同時布置，樁直徑采用40cm，樁長不變，三角形布樁，樁距為900mm×780mm，CFG 樁長設置為20m，直徑40cm，正方形布樁，間距為1.5m，持力層為第8 層。

2.2 不同方案比較

2.2.1 承載力比較

根據不同的方案對處理后的復合地基承載力進行計算，fak通過試驗獲得，為350kPa，第一種方案經過深度修正計算可以得到地基承載力為465kPa，復合地基的承載力主要取決于夯實水泥土自身的樁基強度。樁身強度控制的水泥土樁的承載力為夯實水泥土立方體的抗壓強度fcuAp/4，fcu 一般能夠達到5MPa，因此可以計算得出單樁承載力特征值200kN，根據公式可以計算fspk=mRa/Ap+β（1-m）fak=410kPa。第二種方案中第3 圖層的素土擠密后fak 能夠達到180kPa，按照1.5m 的樁距進行計算，側阻力選擇60kPa，可以得到復合地基承載力為450kPa。

2.2.2 沉降量和下臥層強度計算

第一種方案的壓縮模量為23MPa，沉降計算的經驗系數可以采用0.2，經過計算可以得知中點的沉降計算值為49mm，角點的沉降計算為20.5mm，因此總沉降量為34.8mm，樁端位于第6 圖層，地基規范公式Pz+Pcz=446KPa<693，下臥層的承載力也滿足規范要求。第二種方案的中點沉降計算值為40mm，角點的沉降為17.3mm，因此總沉降量為28.8mm，下臥層的強度也滿足地基規范的要求。經計算，兩種方案的整體撓度都不大于0.05%，因此總沉降量滿足地基規范要求。

2.2.3 工期以及處理費用的對比

第一種方案只有一種樁，因此容易完成，根據實際工程情況結合工程經驗對實際經濟效益進行比較，可以明確看出。首先工期方面，素土+CFG 樁的工期由于涉及兩種設備，因此工期要比水泥土樁增加大約3 個月，而且在滿足設計要求的情形下，明顯素土+CFG 樁后期需要檢測項目更多。兩種技術通過計算可以看出均滿足地基承載力與變形的要求，但是水泥擠密樁的變形要比素土+CFG 樁的方案大一些，因此，采用水泥擠密樁的方案更加經濟，能夠節約一定的處理費用并節約一定的工期，綜合考慮選擇第一種方案進行地基處理。

3 處理實際效果

在施工完畢之后，依據相關的檢測規范選擇檢測內容，如表1所示。

通過靜載試驗、濕陷性檢測、樁身壓實系數以及樁間土擠密系數的檢測，以及地基變形的檢測可以發現：采水泥土樁進行處理能夠滿足相關地基處理的要求。

表1 地基檢測的相關內容

靜載試驗共檢測10 個點，相關的數據如表2 所示，不同試驗點的承載力特征值平均值為350kPa，深度修正后為465kPa。

表2 地基處理前后承載力特征值對比

通過濕陷性檢測，發現樁身水泥土的夯實系數平均值為0.98，也滿足不小于0.97 的要求，并采取396 的土樣對樁間土的平均擠密系數進行計算，能夠算出平均值為0.93。

4 沉降觀測

地基處理完成后，對各期的沉降觀測數據進行計算與分析，可以得到工程的最大沉降量為26.8mm，最小的沉降量為18.2mm，平均沉降量為22.5mm，最后100d 的沉降速率低于規范規定，樓體無超過規范限制的傾斜值。

5 結語

通過分析，可以發現夯實水泥土樁能夠消除濕陷性黃土的濕陷性，提高地基的承載力與壓縮模量，滿足高層建筑對地基承載力與變形的要求，采用水泥土樁地基的變形較大，但是也能滿足規范要求。采用夯實水泥土樁較為經濟，能夠節約工期和處理費用，適于推廣應用。