西安咸陽地區擠密樁復合地基工程應用現狀及存在的問題

蔡懷恩，劉爭宏，陳冉升，張 鵬

（機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043）

0 引 言

擠密樁法復合地基是利用機械能將地基土增密，減小孔隙比、消除濕陷性，同時降低壓縮性、提高地基承載力，其工期短、工藝簡單，作為一種經濟、可行的地基處理方式在我國濕陷性黃土場地得到了廣泛的應用。西安咸陽地區位于渭河斷陷盆地中部，地貌單元主要有渭河與浐灞河的漫灘、一級～三級階地，涇河的漫灘與一二級階地，皂河與灃河的一二級階地，黃土梁洼與黃土塬。在渭河與浐灞河的二三級階地、涇河的二級階地、黃土梁洼與黃土塬的大部分區域發育有厚度大于10 m的濕陷性黃土，大部分建筑的濕陷等級達Ⅱ級（中等）及以上，多層建筑多采用了擠密樁類復合地基。本文通過對西安咸陽地區 313個擠密樁工程項目分析，了解了工程應用的承載力、樁孔直徑、樁距、樁體長度等現狀，匯總了影響擠密樁復合地基處理效果的影響因素，探討了擠密樁復合地基存在的問題，提出了相關建議，可為擠密樁復合地基的研究、設計、檢測、施工等提供借鑒。

1 擠密樁復合地基工程應用現狀

西安咸陽地區擠密樁復合地基應用較多為素土樁、灰土樁、夯實水泥土樁、大直徑擠密樁（素土樁、灰土樁、渣土樁）。

1.1 工程應用的承載力

通過對西安咸陽地區擠密樁復合地基工程應用的承載力特征值對比（見表1），工程應用承載力特征值素土樁最小，夯實水泥土樁最大，灰土樁介于中間。

表1 擠密樁復合地基工程應用承載力特征值對比表Table 1 Bearing capacity characteristic value of compaction pile in composite foundation

素土樁、灰土樁、夯實水泥土樁已分別用至12層、20層、30層建筑的地基處理。

1.2 其他主要參數

（1）樁孔直徑

一般擠密樁復合地基的樁孔直徑為0.4 m，有少量0.5、0.6 m。大直徑擠密樁的樁徑1.5～2.5 m，最大達2.8 m。

（2）樁間距

素土樁樁間距主要集中在1.5～2.5 d（d為樁孔直徑）、灰土樁樁間距主要集中在 1.5～3.0 d，大直徑擠密樁的樁間距主要集中在1.5～2.0 d。

（3）樁體長度

西安咸陽地區擠密樁樁長一般根據濕陷性黃土規范的處理要求確定或根據填土的厚度確定，一般長度5～15 m，其中5～10 m最多，最長達22 m，見圖1。

圖1 擠密樁樁長分布區間圖Fig. 1 Diagram of pile length distribution

2 影響擠密樁復合地基效果的因素

擠密樁復合地基是由基體（樁間土體）和增強體（樁體）組成一個復合體共同承擔上部荷載，地基處理效果受基體（樁間土體）的性質、增強體（樁體）本身的特性、樁間土體與樁體的協同特性（樁心距）、施工工藝等影響。

2.1 樁間土性質對處理效果的影響

樁間土的含水率是影響擠密樁復合地基處理效果的主要因素[1-7]，一般認為含水率低于10%、大于24%、飽和度大于65%時不宜直接采取擠密處理。有的研究成果認為西安地區土體含水量為20%時，擠密效果最好[1]。樁間土體的其他特性（土的顆粒組成、土粒間膠結以及礦化成分）也對處理效果產生影響[2]。西安咸陽地區大部分區域濕陷性黃土的含水率在10%～20%之間，部分區域受水浸泡等影響，含水率超過20%，達到28%左右。西安咸陽天然黃土含水率為擠密樁使用提供了較為有利的天然條件。

2.2 樁體本身的特性

樁體本身的特性主要有樁體材料、樁孔直徑、樁體長度。

（1）樁體材料與強度

樁體材料有素土、灰土、水泥土、渣土。

素土樁的樁孔填料主要為開挖的黃土，黃土的粒度成分、顯微結構、含水率、擊實功率是影響黃土壓實的主要因素[8]。

灰土樁的樁孔填料為白灰與黃土按照一定的比例拌和均勻制成的灰土，灰土體積比和含水量、土料與石灰的質量是影響灰土樁樁體效果的主要因素[9]。

水泥土樁的樁孔填料為水泥與黃土按照一定的比例拌和均勻制成的水泥土，水泥的摻入比[10-11]、齡期[12-13]、靜置時間[12]、含水量[14]、滲入土體的黏粒含量[12]是影響水泥土樁樁體效果的主要因素。

渣土樁的樁孔填料主要為砂、石、碎磚瓦、廢混凝土塊、工業廢料等混合體，其樁體材料成份組成、粒徑大小與級配、強度、有機質含量是影響渣土樁樁體效果的主要因素。

綜上分析可得，不同的樁體材料，影響因素不同。在其他因素相同的情況下，樁體的強度對復合地基的強度影響較大，樁體強度大、復合地基強度大。樁體的強度由樁體材料決定，無論是理論分析還是實際工程應用，素土樁的強度最低，水泥土樁的強度最高，灰土樁介于兩者之間，理論分析與工程應用一致。

（2）樁孔直徑

樁徑過小，樁數增加，增大打樁和回填工作量。樁徑過大，樁間土往往會擠密不足，不能完全消除黃土的濕陷性，同時對成孔機械能量要求大，設備條件不易達到[15]。西安咸陽地區和國內其他區域基本一致。

（3）樁體長度（處理厚度）

對于承載力提高方面，不是樁長度越大，承載力越高[16-17]。灰土樁在6～10 d（d為樁孔直徑）深度以下樁身荷載己趨于零，樁身與樁周土的應力比接近于 1[18-19]。西安咸陽地區擠密樁的樁體長度兼顧承載力提高和填土有效處理或濕陷性土層的濕陷性消除，根據前面的統計資料，最長樁長達22 m，長樁主要目的是消除濕陷性。西安咸陽部分區域按照黃土規范要求，擠密樁處理厚度要到25 m以上，受施工設備的影響，下部土層的濕陷性消除不理想，減少了擠密樁的樁長，將樁長縮至20 m左右。

2.3 樁間（心）距

樁間（心）距直接影響到擠密樁的效果和造價。樁間（心）距小，擠密效果好，但樁心距過小，雖達到了較好的擠密效果，但也會造成地基處理費用增加，樁間（心）距過大，擠密效果變差。

大量的室內試驗及現場試驗研究成果分析可得[1-3,18,20-22]，樁間（心）距為2.0～2.5 d（d為樁孔直徑）時，會達到較為理想的擠密效果；1.5～2.0 d、2.5～3.0 d時，部分工程能達到較為理想的效果，部分工程處理效果一般；小于1.5 d時造成費用增大，不便于施工；大于3.0 d，擠密效果變差，無法有效的消除黃土的濕陷性。根據前面統計，西安咸陽地區擠密樁樁間距的工程應用值主要集中在1.5～3.0 d，與實際的研究成果一致。

2.4 施工工藝與施工設備

擠密樁法的施工過程由成孔和樁孔夯填兩部分組成。

成孔方法有沉管法、預鉆孔法（鉆孔法、機械洛陽鏟掏孔法）、沖擊成孔與強力沖擊成孔等。最初的擠密樁成孔多采用振動沉管機械設備成孔，在成孔過程中對樁周土也產生擠密，但振動沉管會產生噪音，不適合市區，隨后采用了預鉆孔法，采用機械洛陽鏟或其他設備將土掏出，成孔過程中不對樁周土產生擠密效果，工程上使用一段時間后發現其擠密樁處理效果不太理想，改用了靜壓樁機靜壓成孔，而靜壓樁機占地面積大、機械設備大、某些邊角部位不具操作面，近兩年來改進了施工工藝，采用旋擠成孔工藝，在成孔過程中也可對周邊土體達到擠密效果，同時在成孔深度上也能達到 20 m甚至更長。

樁孔夯填由強夯機（夯實機）吊重錘或超重錘自由落體分層夯擊而成，施工設備較為單一。

總體上來說，帶有擠密效果的成孔工藝的擠密樁處理效果比不具擠密成孔工藝的處理效果好。

3 存在的問題

3.1 擠密樁復合地基受水浸濕軟化問題

根據工程應用資料的統計分析及調查，素土擠密樁、灰土擠密樁、夯實水泥土樁已分別用于12層、20層、30層建筑的地基處理，工程應用的承載力逐漸增高，主要是擠密樁施工工藝相對簡單，天然含水狀態下擠密樁復合地基載荷試驗值也能滿足設計要求，加固地基是可行的。根據《建筑地基處理技術規范》[25]，素土樁、灰土樁地基承載力特征值分別不宜大于180、250 kPa，因此建議素土樁、灰土樁的上部荷載分別不宜超過180、250 kPa，夯實水泥土樁可在灰土樁的基礎上有所增大，但不宜增大太多，建議不宜超過 300 kPa。地基雖經過載荷試驗，承載力滿足要求，但擠密樁遇水后發生地基軟化、變形增大[1,23,24]、承載力降低、嚴重者建筑物發生變形破壞[23-24]，天然狀態下的載荷試驗并不能代表不利情況下的承載力，而受水浸濕等不利情況在工程使用年限內可能遇到。咸陽某工程地上17層，采用水泥土樁復合地基，施工至地上14層時，總沉降量不到20 mm，至地上15層時，地表水體沿肥槽滲入地下，地基受水浸濕，沉降速率超過1 mm/d，地下室填充墻出現了裂縫，隨后處理肥槽，截斷了地表水的入滲，沉降速率逐漸降低，但兩個月后，沉降速率仍超過0.2 mm/d。在擠密樁使用時宜考慮地基受水后的軟化問題，同時也注意使用過程中的防水。

3.2 檢測方法及檢測值的代表性尚待研究

大部分工程在地基擠密處理后，采取樁間土進行200 kPa下的濕陷系數測試，因濕陷系數測試值與含水量、測試壓力有關，同一土樣含水量不同、壓力不同，室內試驗測試的濕陷系數不同[26-28]。200 kPa并不一定是地基的實際受力，這樣就導致了測試結果顯示濕陷性已消除而實際還存在潛在的濕陷。建議測試土層實際受力下的濕陷系數，并輔助其他指標，如孔隙比綜合判定擠密處理后樁間土的性質。

大厚度雜填土場地采用孔內深層超強夯法工藝的大直徑擠密樁，樁體直徑過大，承壓板直徑小則代表性不強，直徑大則現場無法操作，成本大，同時大厚度雜填土即使在擠密處理后也有一定的不均勻性，加之樁體直徑大其載荷試驗點的代表性及試驗結果不一定能完全代表實際地基實際受力狀態，在工程使用其承載力時，不宜過高，建議大直徑素土樁、灰土樁與渣土樁的上部荷載分別不宜超過180、250、250 kPa。

4 結論及建議

（1）西安咸陽地區主要的擠密樁類型有素土樁、灰土樁、夯實水泥土樁、大直徑擠密樁（素土樁、灰土樁、渣土樁）。

（2）擠密樁目前存在的主要問題有工程應用的承載力逐漸增高、忽視了擠密樁復合地基受水浸濕軟化問題。建議素土樁、灰土樁、夯實水泥土樁的上部荷載分別不宜超過180、250、300 kPa。

（3）大直徑擠密樁檢測方法及檢測值的確定方面還需進一步深入研究。建議大直徑素土樁、灰土樁與渣土樁的上部荷載分別不宜超過180、250、250 kPa。

（4）擠密樁施工建議采用靜壓沉管成孔或旋擠成孔、孔內重錘夯實施工工藝，大直徑擠密樁建議采用強力沖擊成孔、孔內超重錘夯實施工工藝。

（5）建議對擠密樁受水浸濕后的軟化機理、變形特征、樁間土濕陷性的檢測方法、復合地基承載力的選用等方面進行深入研究。