(山西科匯工程質(zhì)量檢測有限公司,山西 太原 030013)
濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土,其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育完整。在未受水浸濕時,一般強度較高,壓縮性較小;但在一定壓力下受水浸濕時,土結(jié)構(gòu)會迅速破壞,產(chǎn)生較大的附加下沉,強度迅速下降?;彝翑D密樁是濕陷性黃土地區(qū)地基土處理最為常用的一種方法,因其具有造價低廉、施工簡單、易操作、施工速度快等優(yōu)點,在我國濕陷性黃土地區(qū)被大量使用。
本文以山西省晉中市某高壓變電工程為例,通過現(xiàn)場浸水試驗確定灰土樁復合地基剩余濕陷量的測試值,綜合判定地基的濕陷處理結(jié)果,總結(jié)灰土樁處理后濕陷性黃土地基的評價方法。
變電站地貌上屬黃土丘陵區(qū),站址地基土以上更新統(tǒng)黃土(粉土)(Q3eol)及中更新統(tǒng)黃土(粉土)、黃土(粉質(zhì)黏土)(Q2eol)為主,地基土在17.0 m深度范圍內(nèi)主要為3層。各土層物理力學性質(zhì)指標見表1。
表1 各層地基土物理力學性質(zhì)指標
地基土的(1)層黃土(粉土)各項物理力學性質(zhì)相對較差,具有濕陷性,濕陷起始壓力為20~66 kPa;(2)層黃土(粉土)各項物理力學性質(zhì)相對較好,但也具有濕陷性,濕陷起始壓力為50~190 kPa;(3)層黃土(粉質(zhì)黏土)為非濕陷性土層。濕陷性土層厚度為6.1~11.7 m,自重濕陷量Δzs=95.2~259.5 mm;總濕陷量Δs=700.0~997.6 mm,該場地屬于Ⅲ級自重濕陷性黃土場地。
場地為Ⅲ級自重濕陷性黃土,地基處理采用灰土擠密樁,設計有效樁長為6.5~12.2 m,樁距為0.88 m,直徑為0.4 m,以等邊三角形梅花形布樁,采用錘擊沉管灰土擠密樁,樁孔內(nèi)材料為3∶7灰土,壓實系數(shù)≮0.97,濕陷性應全部消除,處理后的復合地基承載力不應<250 kPa。
該工程經(jīng)灰土擠密樁進行地基處理后,現(xiàn)場進行了探井分層取樣,測定樁間土的濕陷性、壓縮性、干密度和樁體的干密度等參數(shù)。檢測結(jié)果表明,局部區(qū)域樁間土尚有濕陷,(Ⅰ區(qū))Δs=148.0 mm,Δzs=38.0 mm;(Ⅱ區(qū))Δs=264.5 mm,Δzs=59.0 mm,達不到設計全部消除濕陷性的要求。
浸水載荷試驗選擇2組,試區(qū)1布置在Ⅰ區(qū),試區(qū)2布置在Ⅱ區(qū)。采用兩樁復合地基載荷試驗,承壓板為矩形,尺寸為1.49 m×0.9 m,面積為1.34 m2,承壓板下鋪為100 mm的中砂找平,試區(qū)長度和寬度應≮承壓板尺寸的3倍,取6.5 m×4.5 m的長方形,深度為0.5 m,坑底鋪設為100 mm的碎石,在坑內(nèi)布置14個滲水孔,孔徑為150 mm,孔深為10 m,孔內(nèi)填充為3~5 cm的碎石,含泥量<1%。
試驗方法同復合地基靜載荷試驗。每加一級荷載前后均讀記承壓板沉降量1次,以后每0.5 h讀記1次。當1 h內(nèi)沉降<0.1 mm時,即加下一級荷載。等加載至250 kPa穩(wěn)壓,沉降穩(wěn)定后,試區(qū)內(nèi)晝夜浸水,試區(qū)內(nèi)水頭始終保持在300 mm以上。在浸水過程中,自行加載穩(wěn)壓,量測承壓板在恒壓下的附加下沉量,恒壓穩(wěn)定后,在浸水條件下再分級加荷至500 kPa。
淺標點是用來測量試區(qū)內(nèi)的自重濕陷變形量。在試區(qū)底部設置淺標點10個。淺標點的布置如圖1所示。
浸水過程中及停止浸水后一段時間內(nèi),需對試驗場地不同位置的沉降量、裂縫、注水量以及浸水影響范圍進行觀測和測量。
圖1 試坑淺標點布置
試驗終止條件如下:
(1)濕陷穩(wěn)定標準:浸水過程中始終保持試區(qū)內(nèi)的水頭高度在300 mm,至地層濕陷穩(wěn)定后停水,濕陷穩(wěn)定標準為最后5 d的平均濕陷量<1 mm/d。
(2)停水后終止觀測條件:試區(qū)停止浸水后,當出現(xiàn)連續(xù)5 d的平均沉降量≯1 mm/d時,終止觀測。
兩組復合地基浸水靜載荷試驗均是浸水前,加荷至1倍設計荷載,即250 kPa。下沉穩(wěn)定后,向試區(qū)內(nèi)晝夜浸水,連續(xù)浸水13~15 d,樁間土已達飽和狀態(tài),坑內(nèi)水頭保持≮300 mm,附加下沉穩(wěn)定后,加荷至500 kPa。由浸水試驗得到的結(jié)果如下。
兩組復合地基浸水靜載荷試驗,在設計荷載下(250 kPa)濕陷量統(tǒng)計如圖2所示。
圖2 濕陷量結(jié)果統(tǒng)計
第一組復合地基浸水靜載荷試驗(試區(qū)1),歷時13 d,最后5 d的剩余濕陷量平均值為0.93 mm/d,<1.0 mm/d,達到濕陷穩(wěn)定條件,總剩余濕陷量為98.93 mm,<150 mm。
第二組復合地基浸水靜載荷試驗(試區(qū)2),歷時15 d,最后5 d的剩余濕陷量平均值為0.86 mm/d,<1.0 mm/d,達到濕陷穩(wěn)定條件,總剩余濕陷量平均值為89.75 mm,<150 mm。滿足GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標準》第6.1.4條第2款乙類建筑要求。
通過現(xiàn)場觀察兩個試區(qū)周圍地面在浸水試驗期間未產(chǎn)生地面裂縫,試區(qū)坑內(nèi)地面自重濕限量為6.49~12.98 mm,說明地基處理后自重濕限量較小。
兩組復合地基浸水靜載荷試驗說明,復合地基在250 kPa壓力下,產(chǎn)生沉降達89.75~98.93 mm,滿足規(guī)范要求,但附加沉降較大。
地基處理前、后由室內(nèi)土工試驗計算的濕陷量與現(xiàn)場浸水試驗測得的濕陷量對比結(jié)果見表2。
表2 濕陷量對比
該工程用灰土樁處理后的剩余濕陷量測試值是室內(nèi)試驗計算值的37.32%~60.64%,自重濕陷量測試值是室內(nèi)試驗計算值的17.08%~22.00%。
通過此次試驗可知,灰土擠密樁復合地基剩余濕陷量及自重濕陷量測試值較計算值小,說明用GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標準》方法計算灰土樁的剩余濕陷量偏于保守。另外,在評價灰土樁處理后的地基濕陷性時,應考慮到樁體灰土的置換效果。