強(qiáng)科亮

（蘭州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

我國的濕陷性黃土主要分布于東北、西北、華中和華東部分地區(qū)。位于西北地區(qū)的甘肅蘭州，正處于濕陷性黃土區(qū)域，地質(zhì)濕陷性顯著。隨著蘭州市城市市區(qū)建設(shè)用地的日益減少，城區(qū)地下空間的開發(fā)利用逐漸成為今后城市建設(shè)的一個(gè)重要方面。為滿足城市交通需求，城區(qū)市政道路建設(shè)中大量采用了地下箱涵通道作為城市交通道路。而在濕陷性黃土地質(zhì)之上修建建筑物，地基承載力必須滿足設(shè)計(jì)要求。為了提高濕陷性黃土地區(qū)建筑物地基承載力、防止地基失穩(wěn)對建筑物造成破壞，在工程實(shí)際中應(yīng)用了目前較為成熟的灰土擠密樁地基補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。本文結(jié)合蘭州市西津西路下立交工程中采用灰土擠密樁進(jìn)行地基基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)實(shí)例，就其施工工藝、施工原理進(jìn)行分析和探討[1，2]。

1 工程概況

蘭州市西津西路下立交工程位于城市主干道道路地下，整個(gè)通道為鋼筋混凝土全現(xiàn)澆箱涵結(jié)構(gòu)，埋深3 m，箱涵基礎(chǔ)位于濕陷性黃土地基中。地質(zhì)條件按照地貌單元?jiǎng)澐?，屬于黃河南（右）岸Ⅱ級階地，場地地層上部為第四紀(jì)風(fēng)沖積——洪積碎屑沉積物，主要為填土、黃土狀粉土。經(jīng)過試坑浸水試驗(yàn)，實(shí)測自重濕陷量為12 cm，屬于自重濕陷性黃土地質(zhì)；地勘報(bào)告顯示濕陷等級為Ⅱ級，土體物理力學(xué)性質(zhì)較差。地基處理采用灰土擠密樁，處理面積20 176 m2。

2 濕陷性黃土濕陷機(jī)理

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，黃土在形成過程中，土中所含的碳酸鹽、硫酸鈣等鹽分在土顆粒表面析出，相互凝結(jié)形成一種膠結(jié)構(gòu)晶體，將土體顆粒粘接在一起，使得土體顆粒之間不能夠密切結(jié)合，形成孔隙，類似于骨架——孔隙結(jié)構(gòu)。其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙大，肉眼可見。在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較小。當(dāng)在一定壓力下受水浸濕，水分子進(jìn)入土體顆粒之間，造成鹽類物質(zhì)溶解，破壞了原有的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，土體抗剪強(qiáng)度迅速降低，在自重或外力作用下土骨架迅速崩塌，土體結(jié)構(gòu)迅速破壞，強(qiáng)度迅速降低，形成濕陷。

所以在濕陷性黃土地質(zhì)上進(jìn)行建筑物建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基遇濕塌陷對建筑物產(chǎn)生危害。

3 灰土擠密樁補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理

灰土擠密樁法，是用沖擊或振動(dòng)方法，把圓柱形鋼質(zhì)樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后在樁孔中分層填入用石灰和土按一定體積比例（3∶7）拌和的灰土，并在樁孔內(nèi)夯實(shí)灰土，形成增大直徑的樁體，并同原地基一起形成復(fù)合地基，達(dá)到消除土體濕陷性，提高地基承載力的目的。特點(diǎn)在于不取土，擠壓原地基成孔。回填物料時(shí)，夯實(shí)物料進(jìn)一步擴(kuò)孔。其作用機(jī)理是：

（1）灰土混合料在化學(xué)性能上具有氣硬性和水硬性，石灰內(nèi)帶正電荷鈣離子與帶負(fù)電荷粘土顆粒相互吸附，形成膠體凝聚，并隨灰土齡期增長，土體固化作用提高，使土體逐漸增加強(qiáng)度。同時(shí)，灰土中的石灰吸濕膨脹，擠壓周圍土體，增加擠密地基效果，從而消除土體濕陷性，提高地基承載力。

（2）灰土擠密樁在樁孔成型過程中，樁孔周圍的土體受到沉管的擠壓和強(qiáng)振動(dòng)，機(jī)械擠壓力以樁孔為中心呈橫向水平輻射。周圍的土體受振動(dòng)和擠壓力雙重作用，原有土體孔隙結(jié)構(gòu)遭破壞，土顆粒之間緊密結(jié)合，使得土體密實(shí)度增加，土層濕陷性消除。

（3）在灰土擠密樁地基中，灰土樁與樁間擠密土相互作用，形成了復(fù)合地基，能夠共同承擔(dān)豎向荷載，地基承載力較高。

4 施工設(shè)計(jì)方案

地基加固設(shè)計(jì)：

（1）加固類型選擇。由于濕陷性黃土厚度達(dá)8～12 m，因此地基可以采用樁長14 m的擠密樁進(jìn)行加固，擠密樁鉆孔直徑為0.40 m，呈正三角形布樁。

（2）擠密樁間距的選擇。擠密樁的擠密影響半徑為2～3.0D(D為樁徑直徑)，擠密樁相鄰兩孔中心距應(yīng)在0.8～1.2 m之間。結(jié)合應(yīng)力疊加最佳效果，選擇擠密樁相鄰兩孔中心距為0.9 m。

5 灰土擠密樁施工技術(shù)

5.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備——場地平整——測設(shè)高程、布置樁位——石灰進(jìn)場、熟化、灰土拌制——試樁、機(jī)械打樁成孔——清底夯——樁孔夯填土——夯實(shí)成樁——試驗(yàn)檢測。

5.2 灰土擠密樁施工過程

5.2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

（1）試樁。在施工前，先進(jìn)行成孔、夯填工藝和擠密效果試驗(yàn)，然后對分層填料的厚度和相應(yīng)的夯擊次數(shù)、一次成樁的長度和振動(dòng)錘功率等進(jìn)行確定。主要試驗(yàn)內(nèi)容：樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、復(fù)合地基荷載試驗(yàn)以及單樁承載力試驗(yàn)。最少進(jìn)行兩次試樁，直到施工所需各項(xiàng)參數(shù)收集齊全、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常、達(dá)到施工要求時(shí)進(jìn)入正式的施工生產(chǎn)。

（2）灰土材料。配合比選用石灰與土體積比3∶8。石灰用Ⅲ級及以上的新鮮塊灰，使用前1～2 d消解并過篩，篩除粒徑大于5 mm的顆粒和未熟化的生石灰塊粒及其他雜質(zhì)。在使用前對鈣、鎂的含量進(jìn)行測定，含量不符合規(guī)范要求的不得用于施工中。拌合用土使用前過篩，其顆粒不大于15 mm。土的塑性指數(shù)在14左右，不得使用有機(jī)質(zhì)含量大于10%的有機(jī)土料。

（3）場地平整。在施工前，對施工場地進(jìn)行清理和平整，以便于樁機(jī)的移機(jī)、就位。

（4）定位測量。在施工前，施工人員按照施工圖紙對構(gòu)筑物軸線進(jìn)行定位、放樣。在自檢合格的基礎(chǔ)上邀請現(xiàn)場監(jiān)理驗(yàn)線，合格后進(jìn)行樁位放樣工作。軸線測量和樁位放樣的精度符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（5）樁機(jī)就位后，對樁管的垂直度進(jìn)行校正，確保樁尖和樁中心在同一直線上，從而確保樁身施工的垂直度。

5.2.2 沉管成孔

（1）在施工開始時(shí)，應(yīng)輕擊慢沉。當(dāng)樁管方向穩(wěn)定后，按照正常的速度進(jìn)行沉管。當(dāng)樁管沉到設(shè)計(jì)深度后，將樁管拔出，樁孔形成。

（2）成孔后，先用夯實(shí)機(jī)械夯實(shí)孔底，夯實(shí)次數(shù)不少于8擊，直到聽到清脆錘聲為止。然后分層進(jìn)行回填夯實(shí)，直至達(dá)到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.2.3 樁孔石灰土填夯施工

在填夯施工前，先進(jìn)行填夯試驗(yàn)，對每層填料數(shù)量和夯擊次數(shù)進(jìn)行確定。經(jīng)過試驗(yàn)，每次回填厚度300 mm，夯擊次數(shù)不少于12擊，直到聽到清脆錘聲為止，然后進(jìn)行上一層的填料夯實(shí)，如此循環(huán)作業(yè)。最后，灰土樁頂標(biāo)高高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不小于5 cm為止。

5.3 操作要點(diǎn)

5.3.1 樁位的布置

本工程項(xiàng)目采用整片處理方式，處理面積超出構(gòu)筑物外墻基礎(chǔ)底面外緣的寬度，每邊7 m，樁間距0.9 m，樁位按照正三角形布置。

5.3.2 處理深度

根據(jù)本工程所處濕陷性黃土地基土質(zhì)情況、成孔及夯實(shí)設(shè)備的機(jī)械參數(shù)，在滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB 50025－2004有關(guān)規(guī)定的前提下，地基處理深度為14 m。

5.3.3 地基承載力

地基處理后，地基承載力不小于180 kPa。

5.3.4 成孔和回填夯實(shí)

（1）成孔和孔內(nèi)回填夯實(shí)的施工順序，從里（或中間）向外間隔1～2孔進(jìn)行，采取分段施工的方法。

（2）向孔內(nèi)填料前，孔底應(yīng)夯實(shí)，并抽樣檢查樁孔的直徑、深度和垂直度。樁孔的垂直度偏差小于1.5%，樁孔中心點(diǎn)的偏差不超過樁距設(shè)計(jì)值的5%。

5.4 施工過程中特殊情況處理方法

（1）夯打時(shí)樁孔內(nèi)有滲水、涌水、積水現(xiàn)象可將孔內(nèi)水排出地表，或?qū)⑺虏糠指臑榛炷翗痘蛩槭瘶?，水上部分仍為土（或灰土）樁?/p>

（2）沉管成孔過程中遇障礙物時(shí)可采取以下措施處理：

a.用洛陽鏟探查并挖除障礙物，也可在其上面或四周適當(dāng)增加樁數(shù)，以彌補(bǔ)局部處理深度的不足。

b.當(dāng)遇到未填實(shí)的墓穴、坑洞、地道等面積不大，挖除不便時(shí)，可將樁打穿通過，并在此范圍內(nèi)增加樁數(shù)，或從結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)措施進(jìn)行彌補(bǔ)。

（3）夯打時(shí)造成縮頸、堵塞、擠密成孔困難、孔壁坍塌等情況，可采取以下措施處理：

a.當(dāng)含水量過大縮頸比較嚴(yán)重時(shí)，可向孔內(nèi)填干砂、生石灰塊、碎磚碴、干水泥、粉煤灰；如含水量過小，可預(yù)先浸水，使之達(dá)到或接近最佳含水量。

b.遵守成孔順序，由里向外間隔進(jìn)行。

c.施工中宜打一孔，填一孔，或隔幾個(gè)樁位跳打夯實(shí)；

6 質(zhì)量控制

6.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

灰土擠密樁處理地基質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)符合表1規(guī)定。

6.2 灰土擠密樁質(zhì)量檢驗(yàn)

檢驗(yàn)方法和要求：

（1）在施工前，應(yīng)對樁尖土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)灌入的試驗(yàn)，對各土層強(qiáng)度增長情況進(jìn)行比較，從而對土層的承載力進(jìn)行判定；

（2）復(fù)合地基承載力采用靜載試驗(yàn)方法。檢驗(yàn)數(shù)量不得低于總樁數(shù)的0.3%，不少于3點(diǎn)，而單樁承載力的檢驗(yàn)數(shù)量不得低于總樁數(shù)的2%；

（3）樁體現(xiàn)場的檢測，檢測內(nèi)容有樁徑、樁距、樁長和樁體土。用鋼卷尺對樁距、樁徑進(jìn)行現(xiàn)場測量；用鉆孔取芯方法對樁長、樁體土進(jìn)行檢測；用人工探井環(huán)刀取原狀土樣檢驗(yàn)法對樁間土進(jìn)行檢測。

（4）成樁后，及時(shí)抽樣檢驗(yàn)灰土擠密樁處理地基的質(zhì)量。檢查內(nèi)容有：施工記錄、全部處理深度內(nèi)樁體和樁間土的干密度、平均壓實(shí)系數(shù)和平均擠密系數(shù)。抽樣檢驗(yàn)的數(shù)量，不少于樁總數(shù)的1.5%。

表1 土和灰土擠密樁復(fù)合地基質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

6.3 檢測結(jié)果

樁基施工完成7 d后，用環(huán)刀法對樁體灰土壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行檢測，測得平均壓實(shí)系數(shù)為0.97，滿足設(shè)計(jì)不小于0.97的要求；用環(huán)刀法對樁間土體進(jìn)行試驗(yàn)檢測，測得平均擠密系數(shù)為0.95，滿足設(shè)計(jì)不小于0.93的要求；通過靜載試驗(yàn)測得復(fù)合地基承載力為188 kPa，滿足設(shè)計(jì)不小于180 kPa的要求。實(shí)踐證明，在濕陷性黃土地區(qū)，用灰土擠密樁進(jìn)行地基基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)措施是可行的，效果是比較好的。

7 結(jié) 語

本工程通過采用濕陷性地區(qū)灰土擠密樁補(bǔ)強(qiáng)地基基礎(chǔ)措施，箱涵主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工程投入使用以來未發(fā)現(xiàn)沉陷跡象，說明地基承載力達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。表明采用灰土擠密樁進(jìn)行地基補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是一種消除濕陷性黃土的濕陷性、增強(qiáng)濕陷性黃土地基承載力的重要方法。該方法具有施工工藝簡單、機(jī)械設(shè)備投入少、投資小、技術(shù)可靠、質(zhì)量保證、地基處理后承載力高、施工效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。這種地基補(bǔ)強(qiáng)方法在我國濕陷性黃土地區(qū)地基處理領(lǐng)域中值得借鑒和參考。