徐有娜， 王文哲， 涂序超， 龐振飛

(1.建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100007； 2.龍?jiān)?北京)風(fēng)電工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司， 北京 100032；3.桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院， 廣西 桂林 541004； 4.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司， 廣東 深圳 518100)

濕陷性黃土浸水后，原來(lái)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞，黃土顆粒間發(fā)生物理和化學(xué)變化，土體強(qiáng)度降低，主要表現(xiàn)為地基發(fā)生濕陷性變形和整體下沉或不均勻沉降，地基承載力大幅下降，嚴(yán)重影響建筑物的安全使用。國(guó)內(nèi)用于處理濕陷性黃土問(wèn)題的主要辦法有擠密樁法[1,2]、夯實(shí)法[3]、土體加固法[4]。周茗如等[5]研究了水泥漿注漿在濕陷性黃土中的加固機(jī)理，得出了水泥漿液能有效加固黃土，在壓力作用下能快速對(duì)黃土濕陷性進(jìn)行補(bǔ)償。吉任等[6]探究了水泥土擠密樁在含鹽濕陷性黃土的處理效果，水泥土擠密樁可以減小黃土濕陷性并提高地基承載力。李本挺等[7]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探井取樣評(píng)價(jià)場(chǎng)地處理后黃土的土體性質(zhì)，灰土擠密樁處理過(guò)后的黃土地基孔隙比減小，干密度增大，濕陷性消除。劉明軍等[8]通過(guò)素土擠密樁的方式處理濕陷性黃土，素土擠密樁可以有效地消除黃土的濕陷性，降低壓縮性。王雪艷[9]研究碎石樁加固濕陷性黃土，對(duì)其承載力和沉降變形的影響，碎石樁對(duì)深度3 m以內(nèi)的樁間土有較好的擠密效果，可有效消除濕陷性。

以河北張家口市某工程為研究對(duì)象，對(duì)素土擠密樁和CFG雙樁組合法處理濕陷性黃土后的地基進(jìn)行靜載試驗(yàn)和輕型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，并對(duì)地基處理完成后的樓座進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地條件

該項(xiàng)目位于河北省張家口市橋東區(qū)楊家墳二五一醫(yī)院東側(cè)，項(xiàng)目為17棟住宅樓加地下車庫(kù)?？辈旃ぷ縻@探最大揭露深度為54 m，場(chǎng)地存在粉土狀黃土，結(jié)合本次勘察室內(nèi)土工試驗(yàn)資料及區(qū)域地質(zhì)資料可知，擬建場(chǎng)地內(nèi)粉土、粉質(zhì)黏土層具輕微～中等濕陷性，不具自重濕陷性，濕陷系數(shù)為0.015～0.069，經(jīng)計(jì)算得勘探點(diǎn)濕陷量均小于700 mm，地基濕陷等級(jí)判定為Ⅰ～Ⅱ級(jí)，且隨深度加深總體上呈減弱趨勢(shì)，濕陷層最大深度至地表下12.20 m處，有必要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行地基處理。

1.2 濕陷性黃土處理深度的選取

地質(zhì)勘察階段從現(xiàn)地面探井取樣，通過(guò)土工試驗(yàn)得到6號(hào)樓基底下部濕陷性黃土濕陷系數(shù)隨深度的分布情況如圖1所示，黃土的分布深度與黃土的濕陷性有著密切的關(guān)系。從圖1可以看出，隨著黃土的深度增加，黃土濕陷系數(shù)逐漸降低，最大濕陷系數(shù)為0.069，濕陷系數(shù)較大的濕陷性黃土主要分布在2～6 m之間，因?yàn)檫@一深度的土層形成較晚，受外界環(huán)境影響的變化較??；當(dāng)濕陷系數(shù)小于0.015時(shí)，可認(rèn)為黃土沒(méi)有濕陷性，本地區(qū)非濕陷性黃土在勘探范圍的深度內(nèi)均有分布，而濕陷性黃土的分布深度主要集中在1～12 m之間。在地基處理工程中，若要消除黃土的濕陷性，只需要處理地面以下12 m深度以內(nèi)的濕陷性黃土即可。

2 素土擠密樁及CFG樁設(shè)計(jì)

本工程采用素土擠密樁和CFG樁組合消除濕陷性黃土的影響并提高地基承載力。將填土層全部挖除至原狀黃土，施工素土擠密樁。素土擠密樁樁徑600 mm，樁孔按正三角形布置，樁間距1 300 mm，樁長(zhǎng)5 m。其上采用素土換填碾壓密實(shí)至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高20 cm，素土換填壓實(shí)系數(shù)不小于0.96。CFG樁樁徑400 mm，按正方形布樁，樁間距1 800 mm，一般樁長(zhǎng)12 m。CFG樁成孔遇風(fēng)化巖入巖1 m即可停止。素土擠密樁和CFG樁及地基檢測(cè)點(diǎn)分布圖如圖2所示。

圖1 濕陷性系數(shù)隨土層深度變化圖圖2 6號(hào)樓樁位布置及檢測(cè)點(diǎn)布置圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 鉆探取土濕陷性試驗(yàn)分析

在6號(hào)地庫(kù)的素土擠密樁施工完成后，檢測(cè)布設(shè)13個(gè)樁間取土檢測(cè)點(diǎn)，采用勘探鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)干作業(yè)工藝，在處理影響深度范圍內(nèi)自上而下按照豎向間距1.0 m?、窦?jí)原狀土樣，依據(jù)檢測(cè)布設(shè)的13個(gè)點(diǎn)的土樣室內(nèi)濕陷性土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和取樣過(guò)程如圖3和圖4所示。由圖3可知，在素土擠密樁處理深度范圍內(nèi)，13個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的土樣濕陷系數(shù)均小于0.015，根據(jù)濕陷性的規(guī)定可知各點(diǎn)影響深度范圍內(nèi)的土樣均不具有濕陷性，且大多數(shù)土樣的濕陷系數(shù)小于0.005，處理效果十分明顯。本項(xiàng)目采用素土擠密樁能很好地消除黃土地基的濕陷性，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 檢測(cè)點(diǎn)土樣濕陷系數(shù)隨土層深度變化圖

3.2 輕型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)分析

輕型圓錐動(dòng)力觸探對(duì)比試驗(yàn)利用一定的錘擊能量(錘質(zhì)量10 kg)，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入素土擠密樁體、樁間土及未施工素土擠密樁濕陷性區(qū)域，探現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)圖如圖5所示。根據(jù)樁體、樁間土檢測(cè)點(diǎn)貫入錘擊數(shù)，與對(duì)比點(diǎn)貫入錘擊數(shù)對(duì)比，判定素土擠密樁施工區(qū)域地基擠密效果。在施工完成后，按施工完成總樁數(shù)1%比例檢測(cè)布設(shè)了102個(gè)原位測(cè)試檢測(cè)點(diǎn)(素土擠密樁體及樁間各51個(gè)點(diǎn)，共102個(gè)點(diǎn))，并在未進(jìn)行素土擠密樁消除濕陷性區(qū)域布設(shè)1個(gè)原位測(cè)試對(duì)比點(diǎn)。通過(guò)將102個(gè)原位測(cè)試檢測(cè)點(diǎn)與1個(gè)原位測(cè)試對(duì)比點(diǎn)擊數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比分析評(píng)價(jià)擠密效果。

與未處理點(diǎn)相比，經(jīng)過(guò)素土擠密樁地基處理后在相同深度范圍內(nèi)，輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)一般都會(huì)增加，增加范圍約在0～50擊之間。說(shuō)明處理后的土體更加密實(shí)，地基承載力有所提高，且N10擊數(shù)均大于25擊，符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，滿足設(shè)計(jì)要求。6號(hào)樓地基輕型圓錐動(dòng)力觸探對(duì)比曲線如圖6所示。

3.3 單樁靜載檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

6號(hào)樓復(fù)合地基有單樁檢測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)、復(fù)合地基檢測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)。將6號(hào)樓復(fù)合地基的CFG樁單樁豎向抗壓靜載檢測(cè)試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成荷載-沉降曲線如圖7所示。

由圖7可知，本次6號(hào)樓試驗(yàn)的3根CFG樁DS6-D1、DS6-D3、DS6-D4的荷載-沉降曲線為緩變型曲線，樁處于彈塑性變形階段。本次試驗(yàn)的最大荷載為1 000 kN，3根樁對(duì)應(yīng)最大試驗(yàn)荷載的沉降分別為5.74 mm、6.32 mm、3.77 mm，可知3根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力大于1 000 kN，由此可知3根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓承載力特征值大于500 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到單樁豎向抗壓承載力特征值時(shí)，3根樁對(duì)應(yīng)的沉降分別為：DS6-D1為1.31 mm 、DS6-D3為1.66 mm、DS6-D4為1.10 mm。

3.4 復(fù)合地基靜載檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

將6號(hào)樓復(fù)合地基的CFG樁復(fù)合地基豎向抗壓靜載檢測(cè)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制成荷載-沉降曲線如圖8所示。

由圖8可以看出，6號(hào)樓復(fù)合地基檢測(cè)試驗(yàn)的3個(gè)點(diǎn)的荷載-沉降曲線均為緩變型，加載過(guò)程復(fù)合地基處于彈塑性變形階段。6號(hào)樓復(fù)合地基要求達(dá)到的豎向抗壓承載力250 kPa，本次試驗(yàn)的最大荷載為494 kPa，約為設(shè)計(jì)荷載的2倍，誤差不超過(guò)2%；復(fù)合地基豎向抗壓承載力特征值按極限荷載的1/2取值，即可取250 kPa；當(dāng)荷載為494 kPa時(shí)3個(gè)點(diǎn)的沉降量分別為15.02 mm、15.15 mm、22.17 mm。由于荷載-沉降曲線為緩變型，若按相對(duì)變形取值，s為復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)泵壓板的沉降量，b為承壓板寬板，對(duì)于6號(hào)樓地基土體，可取s/b等于0.01時(shí)所對(duì)應(yīng)壓力，即取s=16 mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載為復(fù)合地基豎向抗壓承載力特征值，由圖可知s=16 mm時(shí)3個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征值均大于250 kPa。依據(jù)規(guī)范里的2種規(guī)定，均滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)實(shí)驗(yàn)荷載為247 kPa時(shí)，3個(gè)點(diǎn)的沉降量分別為4.21 mm、4.42 mm、6.81 mm。

4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

在6號(hào)樓四周布置10個(gè)樓座沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)6號(hào)樓至封頂階段內(nèi)樓座的沉降量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降位移曲線圖如圖9所示。由圖可知，沉降位移曲線先陡增后趨于平穩(wěn)。這是由于上部樓層荷載增加，導(dǎo)致樓座沉降量劇增，封頂階段上部荷載不變，沉降量趨于穩(wěn)定。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降位移均先增大后趨于平穩(wěn)，最大實(shí)測(cè)沉降位移為監(jiān)測(cè)點(diǎn)6-4，沉降值5.82 mm，接近于試驗(yàn)測(cè)得的沉降量6.81 mm。

圖8 6號(hào)樓復(fù)合地基荷載-沉降曲線圖圖9 6號(hào)樓監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降位移曲線圖

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)采用素土擠密樁和CFG樁組合式樁處理濕陷性黃土，可知組合樁可以改量土的物理力學(xué)性質(zhì)，使處理后的地基土濕陷性降低至0.015以下，很好地消除了黃土的濕陷性。通過(guò)輕型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)可知素土擠密樁處理后土體更加密實(shí)，擊數(shù)一般比對(duì)比未處理點(diǎn)增加0～50擊，且擊數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

(2)組合式樁處理后地基土單樁承載力和復(fù)合地基承載力得到提高，承載力均滿足規(guī)范要求，處理方法設(shè)計(jì)合理。