邢智峰

(包鋼工業(yè)與民用建筑工程有限公司，內(nèi)蒙古包頭 014010)

0 引言

灰土擠密樁地基處理一般無(wú)需開挖大量土方，屬于原位深層加密處理地基的一種方法，適用于處理厚度較大的自重或非自重濕陷性黃土地基。在施工場(chǎng)地狹窄、土方堆放困難的情況下，灰土擠密樁法處理地基優(yōu)越性更大[1]。

灰土擠密樁通過(guò)振動(dòng)沉樁機(jī)將帶有通氣樁尖的剛制樁管沉入土中的設(shè)計(jì)深度，由于下沉樁管對(duì)周圍土體產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管將地基中同體積的黃土擠向周圍的土層使其孔隙率減小，周圍土體密度增大[2，3]。但在完成擠密樁施工后的樁間土擠密程度與擠密樁位置關(guān)系的研究較少，擠密樁設(shè)計(jì)時(shí)其合理的樁土面積置換率與樁間土的擠密系數(shù)關(guān)系還有待進(jìn)一步地研究。為此，本文通過(guò)內(nèi)蒙古地區(qū)某黃土地基灰土擠密樁工程，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了分析。

1 工程簡(jiǎn)介

內(nèi)蒙古某工作廠房場(chǎng)地處在非自重濕陷性黃土地基上，原狀土孔隙較大，具有一定的濕陷性。圖1為取土場(chǎng)與路基所用填料的級(jí)配曲線。填料的不均勻系數(shù)Cu=2.64，曲率系數(shù)Cc=0.97。根據(jù)文獻(xiàn)[4]中的相關(guān)規(guī)定，判斷填料屬于級(jí)配不良。圖2為填料擊實(shí)試驗(yàn)曲線，從圖1，圖2中可以看出，填料的最大干密度ρdmax=1.87 g/cm3，最佳含水量 wopt=17.5%。根據(jù)文獻(xiàn)[4]的試驗(yàn)方法，測(cè)得路基所用填料平均顆粒密度為2.62 g/cm3，液限含水率WL=34.4%，塑限含水率WP=20.4%。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，將上部約2 m～4.5 m表層土體清除后，作為地基本體的原有土體在10 m～15 m范圍內(nèi)其干密度為1.53 g/cm3～1.58 g/cm3，相當(dāng)于分層壓實(shí)時(shí)壓實(shí)系數(shù)的 81.8%～84.5%。根據(jù)分析與計(jì)算，最終確定了采用灰土擠密樁進(jìn)行地基加固，擠密樁的直徑為0.4 m，平面采用正方形布置，樁間距1 m，加固深度為15 m。擠密樁所需要土體就地取材，即采用表面平整過(guò)程中挖出的土體，設(shè)計(jì)灰土比為2∶8，樁間土平均擠密系數(shù)不小于 0.95(擠密后的土體的干密度與最大干密度的比值)[5，6]。施工時(shí)夯錘質(zhì)量為1 000 kg，直徑325 mm?，F(xiàn)場(chǎng)灰土擠密樁施工如圖3所示。

2 擠密效果分析

2.1 實(shí)測(cè)擠密度效果分析

地基土體壓實(shí)密度直接與地基工后沉降密切相關(guān)[1，2]，為了分析完成施工后樁間土的擠密效果，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樁間土的密度進(jìn)行了試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)采用環(huán)刀法進(jìn)行檢測(cè)。樁間土密度沿深度變化檢測(cè)時(shí)對(duì)正方形形心位置及兩相鄰樁的中心位置(兩樁之間)進(jìn)行了環(huán)刀法密度檢測(cè)(見圖4)，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示，其中擠密系數(shù)為檢測(cè)土體的干密度與最大干密度之比。從圖5可以看出，淺層的擠密系數(shù)要較小，主要與擠密樁施工過(guò)程中淺層土體發(fā)生了一定的隆起有關(guān)。而在約1.5 m后，擠密系數(shù)隨深度基本不再變化。從圖中還可看出，正方形形心位置的擠密系數(shù)明顯要小于兩相鄰樁中心位置的擠密系數(shù)，主要是形心位置距離擠密樁較兩相鄰樁中心位置距離擠密樁更遠(yuǎn)。

為了分析樁間土擠密系數(shù)與測(cè)點(diǎn)距擠密樁的距離關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)0.8 m與1.5 m深度處的正方形對(duì)角線位置進(jìn)行了密度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，其結(jié)果如圖6所示。

從圖6中可以看出，在形心位置，擠密系數(shù)最小，而在擠密樁附近，擠密系數(shù)最大，最大值約105%，即擠密后土體的密度大于室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得到的最大干密度。從實(shí)測(cè)結(jié)果可知，在完成擠密樁施工后，樁間土的密度是不均勻的，一般距離擠密樁越遠(yuǎn)，擠密系數(shù)越小。已有研究表明，樁間土的密度不均勻性隨著時(shí)間稍有減小。為了減小樁間土的密度不均勻性，在擠密樁設(shè)計(jì)時(shí)建議采用等邊三角形布置。

2.2 擠密效果理論計(jì)算

擠密樁施工時(shí)，樁間土擠密與單位面積上樁的截面面積有關(guān)。在復(fù)合地基分析中，引入了樁土面積置換率:

其中，m為樁土面積置換率;d為樁身平均直徑;de為一根樁分擔(dān)的處理面積的等效圓直徑。

按照布樁形式的不同分別按下列公式計(jì)算:

等邊三角形布樁:

正方形布樁:

矩形布樁:

其中，s為三角形布樁或正方形布樁時(shí)的樁間距;s1，s2分別為矩形布樁時(shí)的縱向樁間距離和橫向樁間距離。

事實(shí)上，樁土面積置換率m也可理解為擠密樁截面面積與地基處理面積之比;或?yàn)閿D密樁截面面積與擠密樁截面面積和樁間土面積總和的比。

假設(shè)在擠密樁施工過(guò)程中擠壓土體只發(fā)生水平向擠壓，即不發(fā)生隆起。擠密樁施工前土體的平均干密度為ρd，則在樁土面積置換率為m時(shí)，根據(jù)處理前后土體質(zhì)量守恒關(guān)系，可得到完成擠密樁施工后樁間土的平均干密度為ρt，則有:

其中，A1為擠密樁的截面面積，A1=d2/4;A2為一根樁分擔(dān)的處理面積。

根據(jù)樁土面積置換率的定義，m也可表示為:

按照布樁形式的不同分別按下列公式計(jì)算:

等邊三角形布樁:

正方形布樁:

矩形布樁:

其中，s，s1，s2意義同上。

根據(jù)式(6)，式(5)也表示為:

完成擠密樁施工后的樁間土的擠密系數(shù)為:

其中，ρdmax為擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得的最大干密度。

對(duì)于本次灰土擠密樁地基處理工程，假設(shè)ρd=1.55 g/cm3(現(xiàn)場(chǎng)勘察為 1.53 g/cm3～1.58 g/cm3)，擠密樁直徑 d=0.4 m，布樁時(shí)正方形邊長(zhǎng)s=1 m，根據(jù)式(6)，式(8)及式(10)，得到完成擠密樁施工后樁間土的理論干密度為:

ρt=1.144ρd=1.77 g/cm3。

即通過(guò)擠密樁施工，樁間土的干密度理論上提高了1.144倍，根據(jù)式(11)可得其理論擠密系數(shù)為:

k= ρt/ρdmax=1.77/1.87=0.947。

由此可見，理論擠密系數(shù)稍小于0.95，但由于在擠密樁施工過(guò)程中，夯錘沖擊作用導(dǎo)致土體向四周擠壓，所以往往使樁的直徑稍大于設(shè)計(jì)值，如圖7所示。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)樁間土擠密系數(shù)在0.905～1.05，表明理論計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果相符。

3 結(jié)語(yǔ)

1)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果分析表明，由于擠密樁施工時(shí)淺層土體發(fā)生了隆起，導(dǎo)致淺層樁間土的擠密系數(shù)小于深層樁間土的擠密系數(shù)。一般在約1.5 m以下，樁間土的擠密系數(shù)變化很小。

2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，擠密樁施工對(duì)樁間土的擠密效果與樁間土的位置有關(guān)，距擠密樁越近，擠密系數(shù)越大，本次施工的擠密樁在正方形形心位置處的擠密系數(shù)最小。為了獲得密度較均勻的樁間土，在擠密樁設(shè)計(jì)時(shí)建議采用等邊三角形布置。

3)在參照樁土面積置換率的定義及計(jì)算方法基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了不同布樁方法的樁間土理論干密度計(jì)算公式與樁間土擠密系數(shù)計(jì)算公式，分別為式(10)與式(11)，并將理論成果在本工程中進(jìn)行了驗(yàn)證，表明具有良好的適用性。理論成果為擠密樁設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

[1] 劉好正.擠密樁復(fù)合地基在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(10):14-17.

[2] 李 剛.灰土擠密樁在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用[J].路基工程，2010(1):178-180.

[3] 楊青潮，郝 哲.樁擠密法加固軟弱地基之對(duì)比分析[J].山西建筑，2010，36(25):86-87.

[4] SL 237-1999，土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5] 田利民.客運(yùn)專線鐵路路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007(11):1-4.

[6] 黃大維，楊有海，黃紀(jì)強(qiáng)，等.戈壁粗粒土填料填筑鐵路路基壓實(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2012，33(2):21-27.