王義強(qiáng)

中鐵六局集團(tuán)有限公司 北京 100036

濕陷性黃土是一類非飽和欠壓密土[1]，由于具有大孔隙和垂直節(jié)理的微觀結(jié)構(gòu)，故當(dāng)遇水浸濕時，在荷載或自重的作用下，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，會出現(xiàn)不同程度的濕陷變形，對建筑物有極大危害。由于濕陷性黃土在我國廣泛分布[2]，故對于選址于黃土丘陵地區(qū)，尤其是布置在溝壑地帶含水量低的自重濕陷性黃土上的建筑物，往往需要充分考慮黃土地基的濕陷性和處理方法。隨著建筑物體量和規(guī)模的增大，大厚度自重濕陷性黃土場地地基處理的深度越來越大，處理難度也越來越大。

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法[3]（DDC法）是通過重錘對孔內(nèi)深層填料進(jìn)行夯擊，具有處理深度大和擠密效果均勻等優(yōu)勢，對大厚度的自重濕陷性黃土的處理相較其他方法有很大的優(yōu)越性，能有效消除地基濕陷性[4]，擠密深層土體，達(dá)到提升地基承載力的作用。

本文以山西大學(xué)某公用建筑物大厚度濕陷性黃土地基處理為例，試樁試驗(yàn)通過增濕處理和DDC法成樁的多工序組合的水泥土樁進(jìn)行處理，確定合理樁間距，形成剛度均勻的復(fù)合地基。

1 工程概況

擬建的山西大學(xué)東山校區(qū)某公用建筑物，位于山西省太原市小店區(qū)老峰村東側(cè)，光明東街以北，牛黃線以西。本工程擬建場地現(xiàn)狀絕對高程為874.95～888.07 m，北高南低，地形起伏較大。地貌單元為黃土丘陵，處于Ⅳ級（很嚴(yán)重）自重濕陷性場地[5]，基礎(chǔ)施工前需要進(jìn)行地基處理。

工程場地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計地震分組為第二組。本場地建筑場地類別為Ⅲ類，場地現(xiàn)狀高差較大，東南部存在一條沖溝。本公用建筑物共地上4層，采用框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)。

2 試驗(yàn)方案

地基處理采用超長錘擊沉管水泥土擠密樁。水泥土樁樁徑600 mm，等邊三角形布置。填料選用水泥∶土＝1∶9的水泥土拌和。填料中的土料宜選用粉質(zhì)黏土，土料中的有機(jī)物含量不應(yīng)超過5%，且不得有凍土、渣土、垃圾和垃圾土，土顆粒不應(yīng)大于15 mm，水泥應(yīng)選用P·O 32.5水泥。

現(xiàn)場試驗(yàn)分3組進(jìn)行，每組試樁樁數(shù)為19根，3組共計57根。第1組（S1）、第2組（S2）試樁樁距1 300 mm，均采用梅花狀布樁，有效樁長為25 m。第3組（S3）試樁樁距1 400 mm，梅花狀布樁，有效樁長為25 m。

試驗(yàn)要求擠密后3個孔之間的土平均擠密系數(shù)不宜小于0.93，3個孔之間的最小擠密系數(shù)不宜小于0.85。處理后的水泥土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值要求不得小于150 kPa。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)施工

3.1 施工準(zhǔn)備

1）進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)施工放樣。

2）提前進(jìn)行水泥土拌和準(zhǔn)備。

3）由于現(xiàn)場濕陷性黃土為低含水量濕陷性黃土，故提前進(jìn)行各試驗(yàn)區(qū)的增濕用水量計算并進(jìn)行施工用水、增濕施工準(zhǔn)備。

4）現(xiàn)場成孔、成樁設(shè)備與人員準(zhǔn)備。

3.2 現(xiàn)場施工

3.2.1 增濕試驗(yàn)

由于第2層濕陷性粉土及第3層濕陷性粉土上部含水率過低，故成孔前需要對土層進(jìn)行增濕，以保證擠密效果。

現(xiàn)場按每個試驗(yàn)區(qū)為一個單元格進(jìn)行增濕，每個試驗(yàn)區(qū)增濕總用水量根據(jù)本試驗(yàn)區(qū)平均天然含水量和最佳含水量的差值進(jìn)行計算。

試驗(yàn)區(qū)增濕成孔采用沉管成孔，孔徑150 mm，成孔深度小于擠密樁深度2 m，布點(diǎn)采用等邊三角形布置，增濕孔孔距宜根據(jù)增濕用水量確定，可選擇為水泥土擠密樁樁間距的1.5～2.0倍。

增濕孔成孔后，孔內(nèi)填入粒徑5～10 mm的礫石，以防增濕過程中坍孔影響增濕效果。

各試驗(yàn)區(qū)注水時間和注水量應(yīng)保持在20 cm的水頭、漫灌式沁水，每個試驗(yàn)區(qū)注水滲透時間為3～5 d，增濕后含水率應(yīng)控制在14%～18%，即接近最佳含水量。

3.2.2 水泥土擠密樁成孔

水泥土擠密樁成孔采用高塔架錘擊沉管擠密樁設(shè)備，成孔直徑為500 mm，成樁時通過二次夯擴(kuò)達(dá)到成樁直徑不小于600 mm。水泥土擠密樁成孔后，二次夯擴(kuò)采用DDC工法分層夯實(shí)，進(jìn)行成樁。

1）DDC樁機(jī)就位，夯錘對準(zhǔn)樁孔中心，夯錘采用質(zhì)量不小于1.6 t的柱錘。

2）將夯錘提升至預(yù)定高度后，自由落下進(jìn)行孔底夯實(shí)。

3）采用充分拌和的水泥土填料進(jìn)行回填，每次填料量不大于0.18 m3。

4）分層回填，分層夯實(shí)至樁頂處。

5）處理深度25 m，使樁端進(jìn)入第4層粉土層。

4 試驗(yàn)檢測結(jié)果

4.1 單樁復(fù)合地基承載力特征值評價

單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)p-s曲線均為緩變型。單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，3組試驗(yàn)S1、S2、S3單樁復(fù)合地基承載力特征值均為160 kPa，滿足設(shè)計要求。

4.2 水泥土樁樁間土試驗(yàn)

1）擊實(shí)試驗(yàn)。擊實(shí)試驗(yàn)方法為輕型擊實(shí)，所使用的儀器為JDS-1型電子數(shù)控?fù)魧?shí)儀（J24）。擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果為：樁間土最優(yōu)含水量為16.6%，最大干密度為1.71 g/cm3。

2）樁間土濕陷性。根據(jù)探井T1—T5（T1、T2樁間距為1 400 mm，T3—T5樁間距為1 300 mm）每隔1.0 m所取土樣進(jìn)行的濕陷性試驗(yàn)，T3—T5探井深度范圍內(nèi)所取土樣濕陷均消除。T1、T2探井深度范圍內(nèi)所取土樣個別點(diǎn)濕陷未消除。

3）樁間土平均擠密系數(shù)。探井T1—T5的樁間土平均擠密系數(shù)分別為0.94、0.94、0.95、0.95、0.95。

4.3 試驗(yàn)小結(jié)

4.3.1 試樁樁間距1 300 mm（一組、二組）

1）根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：S1、S2單樁復(fù)合地基承載力特征值均為160 kPa，滿足試驗(yàn)要求。

2）根據(jù)T3—T5探井每隔1.0 m所取土樣進(jìn)行的濕陷性試驗(yàn)，T3—T5探井深度范圍內(nèi)所取土樣濕陷均消除。

3）樁間土的平均擠密系數(shù)為0.95，達(dá)到試驗(yàn)要求。

4.3.2 試樁樁間距1 400 mm（三組）

1）根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：S3單樁復(fù)合地基承載力特征值為160 kPa，滿足試驗(yàn)要求。

2）根據(jù)T1、T2探井每隔1.0 m所取土樣進(jìn)行的濕陷性試驗(yàn)，T1、T2探井深度范圍內(nèi)所取土樣個別點(diǎn)濕陷未消除。

3）樁間土的平均擠密系數(shù)為0.94，滿足試驗(yàn)要求。

5 結(jié)語

結(jié)合3個試驗(yàn)區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果，試樁樁間距1 300 mm與試樁樁間距1 400 mm的單樁復(fù)合地基承載力特征值均為160 kPa，均滿足試驗(yàn)要求；試樁樁間距1 300 mm樁間土的平均擠密系數(shù)為0.95，試樁樁間距1 400 mm樁間土的平均擠密系數(shù)為0.94，均滿足試驗(yàn)要求；試樁樁間距1 300 mm探井深度范圍內(nèi)所取土樣濕陷均消除，試樁樁間距1 400 mm探井深度范圍內(nèi)所取土樣個別點(diǎn)濕陷未消除。綜上判定，整體采用樁間距1 300 mm、樁徑600 mm的水泥土擠密樁效果較好。

針對本工程建筑物含水量低、超厚Ⅳ級自重濕陷性黃土的整體地基，在提前增濕后，通過采用超長沉管成孔、DDC法二次夯擴(kuò)成樁的水泥土擠密樁處理工藝，取得了良好的地基處理效果，保證了施工質(zhì)量。