SDDC 樁處理大厚度人工填土場地巖土工程勘察與評價

張和平

（山西高原巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009）

0 前言

隨著我國城市化進(jìn)程的逐步加快，城市的建設(shè)用地也在逐漸由中心向外擴(kuò)張。對于像太原、蘭州這種“山區(qū)”城市，外圍建設(shè)用地多為挖山填溝用地，甚至許多為多年的建筑垃圾和生活垃圾逐步堆積形成的建設(shè)用地。這種場地工程地質(zhì)條件較差，極易引起建筑物和室外場地的不均勻沉降，一般采用強(qiáng)夯或SDDC 樁進(jìn)行場地處理后再進(jìn)行工程建設(shè)。而對經(jīng)SDDC 樁處理后場地的二次勘察評價我們研究甚少，本文針對太原某大厚度人工填土場地，從SDDC 樁處理前、后樁間填土的密實(shí)性、濕陷性和剪切波速測試等方面進(jìn)行了對比分析，對其場地性質(zhì)進(jìn)行了綜合評價。

1 工程概況

1.1 地形地貌

該項(xiàng)目位于太原市東山地區(qū)，為典型的黃土丘陵地貌。擬建場地原先為黃土溝谷，溝壑縱橫，而且部分溝底有多年廢棄的窯洞。該黃土溝平時為附近居民生活垃圾和建筑垃圾的堆場，經(jīng)多年回填形成現(xiàn)在的堆積地貌。根據(jù)該項(xiàng)目的原勘察報告，場地填土厚度最大達(dá)到38m。填土成分主要有爐渣、磚塊、碎石、生活垃圾、混凝土等建筑垃圾，只有局部區(qū)域以粉土為主。

1.2 處理前的地層及主要工程地質(zhì)問題

1.2.1 根據(jù)原勘察報告，擬建場地的主要地層分析

（1）雜填土：黑灰色，松散，由大量爐渣、磚塊、碎石、植物腐殖質(zhì)、生活垃圾、混凝土等建筑垃圾和少量粉土組成，且雜填中的生活垃圾發(fā)酵，其中NH4+、Cl-等離子含量較高，堆積年限為0～50 年，堆積方式為人工逐步無序堆積回填。土質(zhì)松散，極不均勻，工程性質(zhì)極差[1]。

（2）素填土。褐黃色，以粉土為主，稍濕，稍密，含磚屑、煤屑、白灰等，松散堆積，工程性質(zhì)較差，探井施工時基本無法刻取原狀樣，野外現(xiàn)場目測無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度較低，韌性較低。

（3）濕陷性黃土。褐黃色，稍密，稍濕，物質(zhì)組成以粉粒為主，包含物蟲孔、白色菌絲及姜石顆粒，干強(qiáng)度及韌性低，刀切面粗糙，無光澤反應(yīng)，野外現(xiàn)場目測無搖振反應(yīng)，該層土具有濕陷性，濕陷性程度為中等～嚴(yán)重。

（4）其下為原狀粉土或粉質(zhì)黏土，無濕陷性，局部夾砂質(zhì)成分和薄層粉質(zhì)黏土。

1.2.2 場地的主要工程地質(zhì)問題

（1）雜填土的成分沒有固定成分，顆粒尺寸懸殊，空隙大小相差較大，回填時間不一，其物理力學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，不僅會引起建筑物和場地的不均勻沉降，而且在自重固結(jié)沉降過程中還會使灌注樁樁側(cè)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，導(dǎo)致灌注樁樁頂一定長度內(nèi)產(chǎn)生下拉荷載[2]。

（2）場地存在大厚度的濕陷性黃土，濕陷土層最大埋深為自然地面下25.0m，濕陷程度中等～強(qiáng)烈。根據(jù)濕陷性評價結(jié)果，場地為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅱ級（中等）～Ⅲ級（嚴(yán)重）。

（3）雜填土較厚區(qū)域，場地20m 內(nèi)等效剪切波速值較低，建筑場地類別為Ⅳ類，建筑抗震非常不利。

1.2.3 場地的處理方式

該場地回填土的成分非常復(fù)雜，回填時間不一，厚度差別較大。如采用換填或強(qiáng)夯等處理方式，要不施工困難、成本較高，要不場地處理效果不佳。綜合考慮后，該場地設(shè)計(jì)采用SDDC 樁進(jìn)行處理。施工時采用5～8t夯錘，SDDC 樁成孔直徑1200mm，夯填成樁直徑1800mm，樁間距3.0m，等邊三角形布樁，樁長根據(jù)填土的厚度確定。填料采用素土，分層填入樁孔夯實(shí)，每次填料2～3m。

2 勘察目的及勘察方案

2.1 勘察目的

根據(jù)原場地的巖土工程勘察報告、本工程的特點(diǎn)及場地處理方式，本次SDDC 樁處理后場地勘察的主要目的如下。

（1）查明SDDC 樁處理前、后樁間填土密實(shí)度的變化規(guī)律。

（2）查明SDDC 樁處理前、后樁間填土等效剪切波速的變化規(guī)律，并對SDDC 樁處理后的場地類別重新做出評價。

（3）查明SDDC 樁處理后樁間雜填土和素填土的濕陷性評價。

2.2 勘察方案

根據(jù)以上勘察的主要目的，本次勘察采用鉆探取樣、探井取樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動力觸探試驗(yàn)、剪切波速測試、復(fù)合地基載荷試驗(yàn)及現(xiàn)場浸水載荷試驗(yàn)等多種手段進(jìn)行綜合勘察與評價。

（1）鉆探取樣。

鉆探取土主要用于查明地層的巖性、地層結(jié)構(gòu)，對于可以取樣的素填土和原土進(jìn)行取樣，通過室內(nèi)試驗(yàn)測試其物理力學(xué)性質(zhì)。鉆孔數(shù)量按照《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 72—2017）中的相關(guān)要求布置。

（2）探井取土。

探井取土主要用于查明SDDC 樁處理后樁間素填土的物理力學(xué)性質(zhì)和濕陷系數(shù)。并于處理前素填土的孔隙比和濕陷系數(shù)進(jìn)行對比分析。探井?dāng)?shù)量按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025—2004）中的相關(guān)要求布置。

（3）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)主要用以查明SDDC 樁處理后樁間素填土的密實(shí)度和均勻性，如外業(yè)施工過程時，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)困難可改為動力觸探試驗(yàn)[3]。

（4）動力觸探試驗(yàn)。

動力觸探試驗(yàn)主要用以查明SDDC 樁處理后樁間雜填土的密實(shí)度和均勻性。

（5）剪切波速測試。

剪切波速測試主要用以查明SDDC 樁處理后樁間土的波速值，其目的為對SDDC 樁處理后場地的場地類別重新做出評價。本次剪切波速測試采用單孔檢層法，在鉆孔內(nèi)進(jìn)行，即鉆探終孔后將三分量檢波器放入孔內(nèi)，距孔口1.5m 處放置一長2.7m、寬0.3m、厚0.05m的木板，其上用汽車前輪重壓，然后用18 磅大錘水平敲擊木板兩端使其產(chǎn)生剪切波，經(jīng)三分量檢波器檢取振動信號再經(jīng)放大器放大后，由RSM-SW 型多功能工程檢測儀記錄并儲存實(shí)測波形曲線。每2m 一個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)左右各測一次，由孔底至孔口順測。

（6）現(xiàn)場浸水載荷試驗(yàn)。

采用現(xiàn)場浸水載荷試驗(yàn)主要用以查明DDC 樁處理后樁間土的濕陷性。試驗(yàn)采用單線法，試坑尺寸為2.4m×2.4m×0.5m，試坑四周開挖0.3m 深槽，然后采用磚砌法砌起護(hù)壁，護(hù)壁高0.8m，周圍在不同標(biāo)高做好標(biāo)記或沉降標(biāo)，承壓板底面下應(yīng)鋪10～15mm 厚度的中、粗砂找平，在試坑尺寸內(nèi)承壓板四周鋪設(shè)約3～5cm 厚的碎石或粗砂。分級加壓，加載至規(guī)定壓力下沉穩(wěn)定后，向試坑內(nèi)浸水至飽和，附加下沉穩(wěn)定后，試驗(yàn)終止[4]。

3 處理后場地巖土工程綜合分析評價

3.1 SDDC 樁擠密處理后樁間雜填土的密實(shí)性

根據(jù)原勘察報告，SDDC 樁處理前，場地內(nèi)雜填土層的動探擊數(shù)修正擊數(shù)為3～12 擊；SDDC 樁擠密處理后，樁間雜填土層動探擊數(shù)修正值為3～15.3 擊。根據(jù)每米擊數(shù)統(tǒng)計(jì)值對比，樁間雜填土層動探擊數(shù)修正擊數(shù)為處理前動探擊數(shù)修正值的1.01～1.83 倍。

根據(jù)樁長深度范圍內(nèi)重型圓錐動力觸探試驗(yàn)擊數(shù)修正值對比，樁間雜填土層動探擊數(shù)修正值平均值為處理前動探擊數(shù)修正值平均值的1.37 倍。

3.2 SDDC 樁擠密處理后樁間素填土的密實(shí)性

根據(jù)原勘察報告，SDDC 樁處理前，該區(qū)域素填土層的標(biāo)貫擊數(shù)實(shí)測值為2～13 擊；SDDC 樁擠密處理后，樁間素填土標(biāo)貫擊數(shù)實(shí)測值為3.4～15.6 擊。根據(jù)每米擊數(shù)統(tǒng)計(jì)值對比，樁間粉土層標(biāo)貫標(biāo)貫擊數(shù)為處理前標(biāo)貫擊數(shù)實(shí)測值的1.14～1.58 倍。

根據(jù)樁長深度范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)修正值對比，樁間素填土標(biāo)貫擊數(shù)實(shí)測值平均值為處理前標(biāo)貫擊數(shù)實(shí)測值平均值的1.29 倍。

3.3 SDDC 樁處理后的場地類別

根據(jù)原勘察報告，SDDC 樁處理前，場地20m 內(nèi)的等效剪切波速值Vse 為113.6～119.2m/s，場地類別為Ⅳ類；經(jīng)SDDC 樁擠密處理后，場地20m 內(nèi)的等效剪切波速值Vse 為155.46～179.25m/s，處理后的波速值是處理前的1.21～1.53 倍，場地類別綜合判定為Ⅲ類。

通過對SDDC 樁擠密處理前后的剪切波速測試結(jié)果對比分析，SDDC 樁擠密處理后樁間土的等效剪切波速值提高明顯，對工程抗震有利。

3.4 SDDC 樁擠密處理后樁間雜填土的濕陷性評價

SDDC 樁擠密處理后樁間雜填土的濕陷性評價主要通過現(xiàn)場浸水載荷試驗(yàn)進(jìn)行評價。本次勘察共做3組單線法浸水試驗(yàn)，每組試驗(yàn)為3 個淺層平板載荷試驗(yàn)。其中：第一組分別在1.0m 深度處、3.0m 深度處、5.0m 深度處進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)；第二組分別在1.5m 深度處、3.5m 深度處、5.5m 深度處進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)；第三組分別在2.0m 深度處、4.0m 深度處、6.0m 深度處進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)時承壓板面積為0.5m2（圓形，直徑80cm），分級加壓，加載至規(guī)定壓力下沉穩(wěn)定后，向試坑內(nèi)浸水至飽和，充分浸水，最終得出浸水載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1 所示。

表1 浸水載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）（2009 年版），當(dāng)不能取樣做室內(nèi)濕陷性試驗(yàn)時，應(yīng)采用現(xiàn)場載荷試驗(yàn)確定濕陷性。在200kPa 壓力下浸水載荷試驗(yàn)附加濕陷量與承壓板直徑之比等于或大于0.023的土，應(yīng)判定為濕陷性土。本次試驗(yàn)均采用單線法，在200kPa 壓力下浸水載荷試驗(yàn)附加濕陷量Ss 大于或等于18.4mm 定義為濕陷性土。由上述檢測結(jié)果可知，SDDC 樁擠密處理后地基土在200kPa 壓力下浸水載荷試驗(yàn)附加濕陷量Ss 均小于18.4m。綜合考慮，SDDC 樁擠密處理后樁間雜填土不存在濕陷性，處理后場地可按一般場地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.5 SDDC 樁擠密處理后樁間素填土的濕陷性評價

SDDC 樁擠密處理后樁間素填土的濕陷性評價主要通過探井取樣和室內(nèi)黃土的濕陷性試驗(yàn)進(jìn)行分析評價。本次勘察在SDDC 樁擠密處理后樁間素填土區(qū)域共布設(shè)6 個取土試樣探井，深度10～15m。

根據(jù)原勘察報告，SDDC 樁擠密處理前素填土的孔隙比為0.924～1.267，平均值為1.058；自重濕陷系數(shù)為0.005～0.034，濕陷系數(shù)為0.016～0.089，濕陷起始壓力為26～91kPa。整體上分析，濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)隨深度增加逐漸變小，濕陷起始壓力隨深度增加逐漸變大。經(jīng)過對本次SDDC 樁擠密處理后樁間土的探井取樣室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析，擠密后樁間素填土的孔隙比為0.560～0.646，平均值為0.603；自重濕陷系數(shù)和濕陷系數(shù)均小于0.015，SDDC 樁擠密處理后樁間素填土的濕陷性已全部消除[5]。

4 結(jié)語

經(jīng)過對本次大厚度人工填土場地SDDC 樁處理前、后樁間填土的密實(shí)性、濕陷性和剪切波速測試幾個方面的對比分析，SDDC 樁處理后，場地的巖土工程性質(zhì)有了明顯的改善，有效減小了建筑物地基或場地的工后沉降和不均勻沉降，同時也能夠有效減小大厚度填土對建筑物樁基產(chǎn)生的負(fù)摩阻力[6]。通過本次研究，對今后大厚度人工填土經(jīng)SDDC 樁或灰（素）土擠密樁處理后的場地，再次進(jìn)行巖土工程勘察和評價有一定的指導(dǎo)作用，同時對今后提高大厚度人工填土場地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的利用率有一定的意義。