用振動擠密法成孔施工水泥土樁時樁間土擠密效果的探討

王 雙, 孔令琳

(中兵勘察設計研究院有限公司，北京 100032)

0 引 言

水泥土樁復合地基通過水泥土樁與樁間土共同承擔上部建筑物的荷載，解決因原地基持力層承載力偏低不能滿足設計要求的問題。水泥土樁復合地基具有施工方便、工期短、造價低等優點，在地基加固處理中得到了廣泛應用。一般情況下，水泥土樁樁體施工多為錘擊夯實法，常規的水泥土樁樁孔成孔施工方法普遍采用人工洛陽鏟或用螺旋鉆機排土成孔，這種水泥土樁復合地基施工方法樁間土一般沒有明顯的擠密現象，只是用水泥土樁對地基土進行置換[1]。

水泥土樁樁孔成孔施工采用排土法成孔，樁間土的性能沒有提高，為了更好地發揮樁間土的潛能，振動擠密法成孔就成了選項。本文總結了在北京南部大興某小區水泥土樁復合地基施工時，水泥土樁樁孔成孔施工采用沉拔管樁機振動擠密成孔取得的試驗數據，對沉拔管樁機振動擠密成孔施工的水泥土樁復合地基的樁間土擠密效果進行了初步研究。

1 建筑地基土層

建筑場地處于永定河沖積平原，處理深度內無地下水，地基土層自上而下分別為：①新近沉積黏土：褐黃色，可塑；②新近沉積黏質粉土：褐黃色，稍濕，中密；③新近沉積粉質黏土：褐黃色，可塑；④砂質粉土：褐黃色，稍濕～濕，中密。

2 水泥土樁設計與施工

該小區建筑物水泥土樁復合地基中的水泥土樁平面按600 mm×850 mm網格布置，樁長7 m，沉拔管樁機沉管直徑為377 mm，水泥土樁的樁孔成孔施工采用沉拔管樁機振動擠密法，每遍隔兩樁施工，水泥土樁樁體施工采用錘擊夯實法。

3 樁間土試驗土樣的采取

用SH30型鉆機取土試樣，取土深度間隔為1m，每個鉆孔在水泥土樁施工深度內采取7個原狀土樣。本次對比研究共采取原狀土樣84個，采取振動擠密后的原狀土樣84個。地基土層的原狀土樣和振動擠密后地基土層的原狀土樣按以下原則采取：樁位確定后在水泥土樁施工前，在樁位網格的中心點采取原狀土樣；水泥土樁施工完成14 d后，在采取原狀土樣相鄰的樁位網格的中心點采取振動擠密后的原狀土樣。取土鉆孔平面布置如圖1所示。

圖1 取土鉆孔平面布置圖

4 土工試驗結果

將所采取的地基土層原狀土試樣和振動擠密后地基土層的原狀土試樣送土工試驗室進行試驗，得到的密度變化代表性指標孔隙比e的平均值統計結果見表1。

表1 土樣孔隙比e平均值統計表

從土工試驗得到的孔隙比e的平均值統計結果可知，所有地基土層的孔隙比e擠密后均比擠密前有所減小，其中，新近沉積黏土擠密后的孔隙比e平均值減小了2.2%，新近沉積黏質粉土擠密后的孔隙比e平均值減小了11.3%，新近沉積粉質黏土擠密后的孔隙比e平均值減小了3.9%，砂質粉土擠密后的孔隙比e平均值減小了15%。從地基土層擠密前后的孔隙比e變化結果看, 所有地基土層經過水泥土樁樁孔采用沉拔管樁機振動擠密工藝成孔施工后均有不同程度的擠密。從孔隙比e的平均值統計結果看出，黏性土振動擠密后的孔隙比e平均值比振動擠密前的孔隙比e平均值減小了2.2%～3.9%，粉土被擠后的孔隙比e平均值比振動擠密前的孔隙比e平均值減小了11.3%～15.0%，說明黏性土的振動擠密效果較差，粉土的振動擠密效果比較好。

5 土工試驗成果分析

從現場施工和試驗結果的分析來看，出現上述結果，我們認為土的擠密是由土的性質及施工工藝共同作用的結果，又以土的性質決定土的擠密程度。該小區地基土層由黏性土和粉土組成，互層狀分布，其中，新近沉積黏土和新近沉積粉質黏土為很濕～飽和、可塑狀態，新近沉積黏質粉土和砂質粉土為稍濕～濕。砂質粉土具砂性質，有單粒結構、顆粒移動及透水性好等特性，在動力擠壓作用下結構破外，顆粒重新排列，向更緊密穩定結構排列，顆粒之間的孔隙變小。另外，該小區地基的砂質粉土為非飽和土，這種具砂性質、非飽和、透水性好的土在動力擠壓作用下趨密排列時孔隙水壓力不會明顯升高，因此，其擠密效果比較理想[2]。

黏性土(即黏土和粉質黏土)以團粒結構為主，孔隙數量特別多，但絕大多數是微細孔隙，透水性弱。該小區地基的黏性土處于飽和或近飽和狀態，在動力擠壓作用下，由于黏性土孔隙微細、透水性弱，其孔隙水壓力會迅速升高并破壞土的結構，孔隙水不能消散，阻礙土粒間擠壓應力的傳遞，故土被向側向擠移而未被擠密，這種擠移作用也反映在施工后地基輕微隆起上。從黏性土被擠后的孔隙比e平均值減小了2.2%～3.9%來看，擠密作用效果很差，黏性土有限的輕微擠密作用，是黏性土在動力擠壓作用下，其孔隙水壓力迅速升高并破壞土的結構后黏性土碎裂壓密和飽氣部分孔隙擠密的結果。另外，通過探井觀察還看到，該小區地基處于飽和或近飽和狀態的黏性土經過動力擠壓作用后，由于飽和或近飽和狀態的黏性土在施工瞬間振動壓力作用下孔隙水壓力迅速升高并破壞土的結構，施工后孔隙水壓力消散緩慢，在短時間內黏性土結構難以恢復和達到強度穩定，水泥土樁施工剛結束時黏性土的強度會有所降低[2]。因此，為了能夠反映振動擠壓后樁間土的最終穩定強度，選擇水泥土樁施工完成14 d后，待黏性土孔隙水壓力基本消散時采取土試樣進行試驗分析。

該小區地基的黏質粉土處于近飽和狀態，其性質介于砂質粉土性質和黏性土性質之間，既具砂質粉土的顆粒移動及透水性較好特性，也有黏性土的孔隙數量多，孔隙微細特性。黏質粉土在動力擠壓作用下結構破壞，顆粒可進行重新排列，向更緊密穩定結構排列，顆粒之間的孔隙變小。由于其透水性較砂質粉土弱，其孔隙水壓力會升高，孔隙水消散會受到一定影響，土粒間擠壓應力的傳遞也會受到一定程度的阻礙，故黏質粉土被擠密效果不及砂質粉土擠密效果理想，但比黏性土擠密效果好。

從上述試驗分析也可以看出，該小區水泥土樁施工采用沉拔管樁機振動擠密工藝成樁孔，這種機械振擠作用對粉土來說比較明顯，對處于飽和或近飽和狀態的黏性土，由于瞬間振動擠壓破壞土的結構，孔隙水壓力升高，形成重塑土，故在飽和或近飽和狀態的黏性土層中采用施工，其擠密作用不明顯，沉拔管樁機振動擠密工藝成樁孔更適合粉土地層。

6 結 論

黏性土振動擠密后的孔隙比e平均值比振動擠密前的孔隙比e平均值減小了2.2%～3.9%，粉土被擠后的孔隙比e平均值比振動擠密前的孔隙比e平均值減小了11.3%～15.0%，說明黏性土的振動擠密效果較差，粉土的振動擠密效果比較好。

水泥土樁復合地基采用沉拔管樁機振動擠密工藝成樁孔對樁間土的擠密作用，對不同的土層其擠密效果有明顯差異，擠密效果與土層的物理力學性質緊密相關，土的黏粒含量越高，擠密效果越差，處于飽和或近飽和狀態的黏性土擠密度很低，沉拔管樁機振動擠密成樁孔工藝不適合飽和或近飽和狀態的黏性土擠密施工；而這種機械振擠作用對粉土來說卻比較明顯，擠密效果好，沉拔管樁機振動擠密工藝成樁孔更適合粉土地層。