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        太原東山黃土特征及螺旋靜壓沉管擠密處理方法的應(yīng)用探討

        2021-01-06 02:37:01慕鳳林
        河南建材 2021年9期
        關(guān)鍵詞:密樁陷性東山

        慕鳳林

        太原市建筑設(shè)計研究院巖土所(030002)

        0 前言

        山西省太原市東山地區(qū)發(fā)育較厚的黃土,多為Q3紀馬蘭黃土,是在典型的干旱、半干旱氣候條件下形成的,天然狀態(tài)下具有一定黏聚力,但一旦受水浸濕后,在一定的壓力下,土的結(jié)構(gòu)迅速被破壞,形成明顯的沉降變形。

        根據(jù)所收集的資料,東山黃土主要分布在柏楊樹、澗河、享堂新村、敦化坊、小棗溝、剪子灣、凱旋街、馬道坡、五龍口、傘兒樹、王家峰、東太堡、店坡村一線,伴隨地勢變化,黃土厚度也有所差別,沖溝內(nèi)黃土厚度較小,臺地黃土厚度較大,局部厚度接近30 m。

        1 太原東山濕陷性黃土的特征

        含水率較低,上部黃土的含水率介于5%~25%,其大小與場地的地下水位深度、降雨量及土層深度有關(guān),含水率約10%的占80%。

        干密度較小,黃土的干密度介于1.1~1.8 g/cm3,小于1.5 g/cm3的占90%以上。

        孔隙比較大,黃土的天然孔隙比變化范圍介于0.80~1.20,大多數(shù)在1.0~1.1。隨著深度的加大,孔隙比逐步變小。

        濕陷性較大,黃土的濕陷系數(shù)在0.015~0.170,自重濕陷系數(shù)在0.015~0.145。大多數(shù)為自重濕陷性黃土場地,地基的濕陷等級為III~IV級。

        2 太原東山濕陷性黃土地基的擠密處理方法應(yīng)用探討

        太原東山地區(qū)的黃土大面積分布,所以其研究價值也相對較高。當(dāng)?shù)氐慕ㄖ锏鼗幚沓S梅椒ㄒ草^多,如強夯法、墊層法、灰土擠密樁法、孔內(nèi)深層強夯法等,這些方法在東山地區(qū)頗為常用。其中擠密法在當(dāng)?shù)卮罅渴褂?,該方法可消除濕陷性,對于地基土的承載力提高也具有很大幫助。文章對太原東山濕陷性黃土地基螺旋靜壓沉管擠密處理方法的應(yīng)用進行了探討。

        擠密樁處理方法是目前東山地區(qū)非常成熟的一種濕陷性黃土場地處理方法,其處理原理就是在成孔過程進行橫向擠壓處理。該工法優(yōu)點在于處理了土層的濕陷性問題,在對土體承載力提升方面也具有一定利好。該工法缺點在于,在處理后將復(fù)合地基承載力控制在250 kPa左右,不適用于對高層或超高層建筑的地基處理。一般情況下,擠密樁的處理深度會控制在5~20 m,對設(shè)備限制較大。在沖擊成孔過程中噪聲較大,對周邊居民影響較大[1]。

        在山西省太原市迎澤區(qū),南內(nèi)環(huán)東街以南、迎澤區(qū)人民醫(yī)院及王家峰小區(qū)以西,雙塔南巷南北兩側(cè)的一個項目采用了螺旋靜壓沉管擠密處理方法。

        該項目黃土呈褐黃色,含云母、煤屑、氧化物、鈣質(zhì)菌絲、鈣質(zhì)結(jié)核等,可見蟲孔,局部夾有濕陷性粉質(zhì)黏土,稍濕,稍密,中~高壓縮性。含水率介于10%~15%,其大小與場地的地下土層深度有關(guān),平均含水率約12%。干密度介于1.4~1.65 g/cm3,平均值為1.5 g/cm3。天然孔隙比變化范圍介于0.85~1.10,平均值為1.0。隨著深度的加大,孔隙比逐步變小。濕陷性較大,黃土的濕陷系數(shù)在0.015~0.115,自重濕陷系數(shù)在0.015~0.085,為自重濕陷性黃土場地,地基的濕陷等級為Ⅱ級。天然地基承載力特征值100 kPa。

        本工程采用靜壓成孔重錘夯實擠密樁消除場地濕陷性。成孔時樁孔原有位置土體被強制側(cè)向擠壓,樁周一定范圍內(nèi)的土層相互疊加擠密,密實度提高。施工成孔鋼管壓入黃土層時,樁管周圍地基土受水平擠壓作用,管周圍一定范圍內(nèi)的土在水平各個方向產(chǎn)生位移,減小孔隙率,增加密實度,消除濕陷性。在擠密樁成樁后,由于樁的變形模量遠大于樁間土的變形模量及樁間土側(cè)向約束作用,從而降低樁間土的側(cè)應(yīng)力,限制土的側(cè)向擠壓力,使地基更加穩(wěn)固。在擠密樁與地基土的共同作用下,剛度較大的樁體受到較大的附加應(yīng)力,消除了持力層內(nèi)大量的壓縮變形和濕陷變形的不利因素[2]。而且該工藝噪聲較小,對周邊環(huán)境影響較小,在城區(qū)也可以采用。

        設(shè)計要求擠密樁樁徑為560 mm,樁間距1.3 m,正三角形布置,總樁數(shù)23 548根,靜壓成孔重錘夯實擠密樁孔內(nèi)的填料采用素土,孔內(nèi)填料、樁頂墊層的壓實系數(shù)均不應(yīng)小于0.97,樁間土最小擠密系數(shù)不宜小于0.88,平均擠密系數(shù)不小于0.93。重錘夯實工藝,重錘不小于1.5 t,填料前應(yīng)空夯不小于8擊。消除濕陷性及提高承載力至160 kPa。

        施工前在現(xiàn)場進行成孔、夯填工藝和擠密效果試驗,確定了分層填料厚度、夯擊次數(shù)和夯實后干密度等要求。履帶式打樁機為自行式,可直接駛?cè)肟拷@孔位并將鉆頭中心直接對準鉆位中心,在精確調(diào)整機架的垂直度后,將鉆頭精確定位,樁機就位對正樁位后調(diào)平,垂直與樁點成一線,成孔機械保持穩(wěn)定,垂直度偏差不大于孔深的2.5%,成孔中心偏差不超過樁徑的1/4,樁施工順序先外排后里排,同排內(nèi)間隔2孔進行,采取分段施工,以免因擠壓造成相鄰孔縮孔或坍孔。將帶有特制樁尖的鋼制樁管壓入土層中至設(shè)計深度,然后緩慢拔出樁管即成樁孔,成孔深度滿足圖紙要求,孔徑400 mm,成好一個孔用蓋板蓋一個孔,自檢并經(jīng)監(jiān)理驗收后成孔后應(yīng)清底夯實、夯平,夯實次數(shù)不少于8擊,并立即回填素土。樁孔分層回填夯實,每次回填厚度為300 mm,重錘夯實工藝,一般落錘高度不小于2 m,每層夯實不少于10錘。施打時,逐層以量斗定量向孔內(nèi)下料,逐層夯實,均勻地向樁孔下料、夯實。樁頂高出設(shè)計標高15 cm,挖土?xí)r將高出部分鏟除。施工時對樁位偏差、垂直度、樁徑進行了檢查,均符合規(guī)范及設(shè)計要求[3]。

        施工完成后,進行了第三方檢測,通過復(fù)合地基靜載荷試驗確定本工程擠密樁試樁復(fù)合地基承載力特征值是否滿足設(shè)計要求,承載力檢測試驗取樣為不少于總樁數(shù)的1%,且每項單體工程復(fù)合地基靜載試驗不應(yīng)少于3點。

        根據(jù)檢測報告試驗最終加荷至320 kPa,最終沉降均小于10 mm,載荷試驗點P~S曲線呈圓滑型,特征點不明顯,無明顯陡降段,按相對變形s/b=0.008所對應(yīng)的承載力大于最大加荷值。根據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 340—2015)第5.4.3條,按相對變形確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加荷值的一半,因此取最大加荷值的一半160 kPa作為該檢測點的復(fù)合地基承載力特征值[4]。

        通過探井取樣及室內(nèi)土工試驗,確定本工程擠密樁試樁樁體平均壓實系數(shù)及樁間土平均擠密系數(shù)是否滿足設(shè)計要求,并確定樁長深度范圍內(nèi)地基土濕陷性消除情況。探井采用人工挖掘,井壁刻取I級土樣,取樣間距1.0 m,平均干密度的取樣自樁頂向下0.5 m起,測點在距孔心2/3孔半徑處,樁體干密度取樣自樁頂向下0.5 m起。對所取探井樁間土樣均進行了雙線法測濕陷系數(shù)及濕陷起始壓力,并測定自重濕陷系數(shù)[5]。

        在不同深度處取樁間土擾動樣若干,進行擊實試驗,測定最大干密度、最優(yōu)含水量。根據(jù)室內(nèi)擊實試驗數(shù)據(jù),本工程素土最大干密度為1.81 g/cm3,最優(yōu)含水量為14.0%,樁體的平均壓實系數(shù)不小于0.97,樁間土的平均擠密系數(shù)不小于0.93,滿足設(shè)計要求。

        根據(jù)室內(nèi)土工試驗結(jié)果,本工程擠密樁處理范圍內(nèi)樁間土濕陷系數(shù)及自重濕陷系數(shù)均小于0.015,樁長深度范圍內(nèi)地基土濕陷性已經(jīng)消除。

        3 結(jié)語

        濕陷性黃土地基在處理過程可采用多種處理方法,充分考慮到太原東山地區(qū)黃土特征,確保質(zhì)量控制手段嚴密優(yōu)化,在滿足技術(shù)條件的同時,可采用螺旋靜壓擠密沉管的方法,最大限度滿足預(yù)期處理效果,同時達到環(huán)保要求。適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保狀況展開地基處理工作。

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