連少軍

濕陷性黃土屬于不良地質(zhì),先期穩(wěn)定后,受水浸濕,土結(jié)構(gòu)迅速破壞,并產(chǎn)生顯著附加下沉[1],故在濕陷性黃土場地上進(jìn)行施工時(shí),應(yīng)根據(jù)場地的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對(duì)不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度,采取消除濕陷性的措施,防止地基上部結(jié)構(gòu)主體產(chǎn)生危害,從而更好的進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[2,3]?；彝翑D密樁法在處理濕陷性黃土地基、消除濕陷性等方面有比較明顯的作用,本文將著重介紹灰土擠密樁擠密作用機(jī)理與影響處理效果的施工參數(shù),并通過工程實(shí)例對(duì)處理效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 黃土濕陷性分類標(biāo)準(zhǔn)

我國一直按假定濕陷量進(jìn)行濕陷程度的評(píng)定,假定濕陷量,是按室內(nèi)試驗(yàn)測定的固定壓力下的濕陷系數(shù)計(jì)算得來的[3]。根據(jù)GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范規(guī)定,黃土的濕陷性應(yīng)按室內(nèi)壓縮試驗(yàn),在一定壓力下測定的濕陷系數(shù)值δs判定,并應(yīng)符合下列規(guī)定[4]：

1)當(dāng)濕陷系數(shù)δs＜0.015時(shí),應(yīng)定為非濕陷性黃土;2)當(dāng)濕陷系數(shù)δs≥0.015時(shí),應(yīng)定為濕陷性黃土。

濕陷系數(shù)δs值應(yīng)按下式計(jì)算：

其中,hp為保持天然的濕度和結(jié)構(gòu)的試樣,加壓至一定壓力時(shí),下沉穩(wěn)定后的高度,mm;hp′為上述加壓穩(wěn)定后的土樣,在浸水(飽和)作用下,下沉穩(wěn)定后的高度,mm;h0為試樣的原始高度,mm。

濕陷性黃土的濕陷程度,可根據(jù)濕陷系數(shù)δs值的大小分為以下三種[4]：

1)當(dāng) 0.015≤δs≤0.03時(shí),濕陷性輕微;2)當(dāng)0.03＜δs≤0.07時(shí),濕陷性中等;3)當(dāng)δs＞0.07時(shí),濕陷性強(qiáng)烈。

2 灰土擠密樁法的特點(diǎn)及適用范圍

灰土擠密樁在使用中有以下特點(diǎn)：主固化料為消石灰,樁體材料可多樣、可就地取材,可用多種工藝施工,如：沉管、沖擊、爆擴(kuò)、人工挖孔和人工夯實(shí)等多種方法;設(shè)備簡單,便于推廣,施工速度快,造價(jià)低廉,可大量使用工業(yè)廢料;樁體強(qiáng)度可達(dá)到0.5 MPa～4 MPa,復(fù)合地基承載力可達(dá)到250 kPa,樁間土經(jīng)擠密后可大幅度提高承載力。

灰土擠密樁適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基,施工時(shí),先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔,然后將備好的素土(粉質(zhì)黏土或粉土)或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi),并分層夯(搗)實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。通過成孔或樁體夯實(shí)過程中的橫向擠壓作用,使樁間土得以擠密,從而形成復(fù)合地基。值得注意的是,不得用粗顆粒的砂、石或其他透水性材料填入樁孔內(nèi)。但除人工挖孔、人工夯實(shí)的施工工藝外,大多數(shù)工藝都存在一定的振動(dòng)和噪聲,因而使用上受到某些限制。

3 灰土擠密樁法作用機(jī)理

灰土擠密樁人工復(fù)合地基適合于處理地下水位以上、深度在5 m～15 m(＜5 m則不經(jīng)濟(jì))、含水量在14%～23%的濕陷性黃土地基[1]。此種方法利用錘擊打入或振動(dòng)沉管的方法在土中形成樁孔,然后在樁孔中分層填入素土或灰土等填充料,在成孔和夯實(shí)填料的過程中,原來處于樁孔部位的土全部被擠入周圍土體,通過這一擠密過程,從而徹底改變土層的濕陷性質(zhì)并提高其承載力。其主要作用機(jī)理分三部分：

1)打樁擠壓成孔時(shí),土被橫向壓縮,使樁周土孔隙比減小,土中氣在三項(xiàng)比例中的比例減少,增加了土的密實(shí)度,降低了土的壓縮性,從而改善了土的物理力學(xué)性能,提高承載力。擠密影響半徑通常為1.5倍～2倍樁徑,離樁愈近擠密效果愈好,而且擠密效果可以相互疊加,樁距愈小,擠密效果愈顯著。2)樁與其周圍被擠密后的土體共同形成了復(fù)合地基,一起承受上部荷載。在擠密樁長度范圍內(nèi)土體的濕陷性完全被消除。一般來說,擠密樁可以按等邊三角形布置,這樣可以達(dá)到均勻的擠密效果。3)土體中的水與灰土擠密樁中的石灰發(fā)生水化反應(yīng)生成Ca(OH)2,可以使土體中的自由水減少;降低含水量,同時(shí)在形成Ca(OH)2的過程中放出大量的熱,使未被吸收的水部分汽化,因此土體中孔隙水壓力降低,土體加密,有效土壓力增大,地基固結(jié),承載力提高。

4 影響灰土擠密樁法效果的參數(shù)

根據(jù)復(fù)合地基理論,處理后的樁間土的承載力特征值按下式估算：

其中,fspk為復(fù)合地基的承載力特征值;fpk為樁體的承載力特征值;fsk為樁間土的承載力特征值;m為樁土面積置換率,m=d2/de2。

灰土樁的布置按正三角形布置時(shí),de=1.05s。樁體直徑d因設(shè)備不同而異,但在同一工程中一般相同。因此,處治后的復(fù)合地基的承載力特征值fspk就只與樁體的承載力特征值fpk和樁間距s有關(guān),樁體的承載力特征值fpk和樁間距s是控制施工質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)。

5 工程實(shí)例

北方某黃土濕陷性場地,設(shè)計(jì)樁間距為1 m,投料厚度為0.9 m,采用振動(dòng)式沉管樁機(jī)和樁孔夯實(shí)機(jī),夯實(shí)機(jī)錘重160 kg,單點(diǎn)夯擊次數(shù)為10擊。

對(duì)該場地試驗(yàn)前、后取樣,對(duì)物理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到主要物理指標(biāo)對(duì)比曲線如圖1～圖4所示。

綜合分析以上數(shù)據(jù),得到以下結(jié)論：

1)采用樁間距1 m的灰土擠密樁,用160 kg夯錘單點(diǎn)夯擊次數(shù)10擊的方法強(qiáng)夯進(jìn)行灰土擠密樁施工,可以有效的對(duì)地基土擠密壓實(shí),消除黃土的濕陷性,增加土的承載力,增大壓縮模量,降低孔隙比,地基處理效果較好。2)濕陷性黃土連續(xù)動(dòng)力觸探10 cm的擊數(shù)一般為4擊～7擊,通過樁間距1 m的灰土擠密樁處理后的濕陷性黃土連續(xù)動(dòng)力觸探10 cm的擊數(shù)一般可增加2擊～4擊,因此,可以用試驗(yàn)前后的動(dòng)力觸探對(duì)比判定場地土的處理效果。

6 結(jié)語

介紹了灰土擠密樁法的特點(diǎn)和適用范圍,闡述了灰土擠密樁法的作用機(jī)理與影響處理效果的參數(shù),并通過北方某場地的實(shí)際工程對(duì)灰土擠密樁法的處理效果進(jìn)行了對(duì)比,可以看出在樁間距1.0 m情況下,可以有效消除黃土濕陷性,達(dá)到該場地對(duì)地基處理的要求。

[1]牛志榮.地基處理技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社,2004.

[2]馮連昌,鄭晏武.中國濕陷性黃土[M].北京：中國鐵道出版社,1982.

[3]高國瑞.我國黃土濕陷性質(zhì)的形成研究[J].南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),1994(2)：20-24.

[4]GB 50025-2004,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[5]常曉波.灰土擠密樁處理濕陷性黃土設(shè)計(jì)要點(diǎn)小結(jié)[J].山西建筑,2009,35(33)：130-131.