安 達

（山西冶金巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030002）

深厚濕陷性黃土在我國北方分布較廣，該土質(zhì)特點在于，一旦遇水侵濕，土體強度顯著下降。若在其上附加一定壓力，在附加壓力和自重壓力的共同作用下，土體會產(chǎn)生濕陷變形。因此在濕陷性黃土區(qū)進行工程建設(shè)時，需要提前進行地基處理，避免對建筑物產(chǎn)生嚴重影響。傳統(tǒng)濕陷性黃土地基處理方法為樁基礎(chǔ)，但樁基礎(chǔ)存在成本高，施工周期長的問題，使得工程施工受到一定制約。未尋找一種更適合處理濕陷性黃土地基的方法，我國很多專家做出了很多研究。如武小鵬等人系統(tǒng)研究了馬蘭黃土濕陷系數(shù)與深度，含水率，干密度，孔隙比，塑性指數(shù)和壓縮系數(shù)之間的關(guān)系，并提出工程中用單個或多個物理指標評價黃土濕陷性的新方法，證實黃土濕陷系數(shù)與其物理力學(xué)指標之間具有較好的相關(guān)性；劉松玉等人提出了氣動振桿密實法處理濕陷性黃土地基的施工工藝，并對處理效果進行了測試評價，證實經(jīng)處理后，土層各項物理力學(xué)性能指標均有明顯改善；黃雪峰則研究了螺桿樁消除黃土地基濕陷性的效果，證實螺桿樁處理后的黃土復(fù)合地基，其樁與土之間有較好的擠密效果，黃土濕陷性明顯消除。以上專家的研究為濕陷性黃土地基處理作出了貢獻，但對濕陷性黃土地基處理還存在一定的制約。基于此，本文以素土擠密樁+CFG樁復(fù)合地基處理濕陷性黃土地基，增加濕陷性黃土地基的處理方式。

1 工程概況

以河北省張家口市橋東區(qū)某工程7住宅樓的濕陷性黃土地基為主要研究對象。

1.1 工程地質(zhì)條件

1.1.1 擬建場區(qū)地層條件

通過對現(xiàn)場的勘察，確定該巖土工程勘探范圍為54 m，上部土體由人工填土、第四系坡積層、腐殖土構(gòu)成；下部土體主要是安山巖基巖風(fēng)化帶。其中人工填土層主要由①雜填土和①素填土組成；腐殖土層主要成分為①腐殖土；第四系坡積層主要包括②粉土、②粉質(zhì)黏土、②碎石、②角礫、②粉砂、②黏土、③粉土、③粉質(zhì)黏土、③碎石、③角礫、③黏土、③中砂；安山巖基巖風(fēng)化帶主要由④全風(fēng)化安山巖、⑤強風(fēng)化安山巖、⑥中風(fēng)化安山巖、⑦微風(fēng)化安山巖構(gòu)成。主要土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 基本物理參數(shù)Tab.1 Basic Physical Parameters

1.1.2 擬建場區(qū)濕陷性

依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》及相關(guān)資料可知，在本工程場地內(nèi)，②粉土、③粉質(zhì)黏土層、②粉質(zhì)黏土、③粉土皆不具備自重濕陷性?？碧近c濕陷量小于750 mm。通過《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》將此地基濕陷等級評定為I～II級。且濕陷性隨深度的增加表現(xiàn)為減弱趨勢，直至地表下12.20 m。

1.2 黃土物理指標與濕陷性關(guān)系

選擇分布深度、含水率、干密度和孔隙比作為物理指標，探究其與黃土濕陷性之間的關(guān)系。坐標為單個物理指標與濕陷系數(shù)關(guān)系，同一取土試樣探井數(shù)據(jù)顏色相同。

1.2.1 黃土分布深度與濕陷性關(guān)系

圖1為黃土分布深度與濕陷系數(shù)關(guān)系散點圖。由圖1可知，黃土濕陷系數(shù)隨黃土深度的增加而增加。在2～6 m間分布有濕陷系數(shù)較大的濕陷性黃土，此時黃土最大濕陷系數(shù)為0.069。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因在于，該土層在較短時間形成，外界環(huán)境變化對其不產(chǎn)生影響。濕陷系數(shù)比0.015低，則認定該黃土不具備陷性。但本地區(qū)內(nèi)在可勘探范圍均分布有非濕陷性黃土，濕陷性黃土主要集中在1～12 m深度范圍內(nèi)。因此在地基處理過程中，只需要處理12 m深度內(nèi)濕陷性黃土就可消除黃土濕陷性。

圖1 黃土分布深度與濕陷系數(shù)關(guān)系Fig.1 Relationship between loess distribution depth and collapsibility coefficient

1.2.2 黃土含水率與濕陷性關(guān)系

圖2為黃土含水率與濕陷系數(shù)關(guān)系散點圖。由圖2可知，本地區(qū)濕陷系數(shù)隨含水率的增加而緩慢增長。這是因為采集數(shù)據(jù)樣本少，結(jié)果不準確導(dǎo)致；同時，場地地質(zhì)條件相對比較復(fù)雜，探井不同，黃土性質(zhì)有差異較大。并且，圖2還顯示出本地區(qū)黃土含水率主要在5%～25%間，而黃土濕陷性主要在黃土含水率為18%～24%時較大。

圖2 黃土含水率與濕陷系數(shù)關(guān)系Fig.2 Relation ship between moisture content and collapsibility coefficient of Loess

1.2.3 黃土干密度與濕陷性關(guān)系

圖3為黃土干密度與濕陷性系數(shù)關(guān)系散點圖。由圖3可知，本地區(qū)黃土干密度主要在1.40～1.80 g·cm間，黃土濕陷系數(shù)隨黃土干密度的增加而減小。干密度比1.68 g·cm大，黃土基本不存在濕陷性。

圖3 黃土干密度與濕陷性關(guān)系Fig.3 Relation ship between dry density and collapsibility of Loess

1.2.4 黃土孔隙比與濕陷性關(guān)系

圖4為黃土空隙比與濕陷系數(shù)關(guān)系散點圖。由圖4可知，本地區(qū)黃土濕陷系數(shù)隨孔隙比的增加而逐漸增加。這就說明了孔隙比與黃土濕陷性表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。通過圖4發(fā)現(xiàn)，濕陷系數(shù)超過0.015濕陷性黃土僅存在在孔隙比大于0.58的黃土中。同時，除個別樣品孔隙比在0.52～0.84外，其余孔隙比比0.64高。

圖4 黃土孔隙比與濕陷系數(shù)關(guān)系Fig.4 Relation ship between voidratio and collapsibility coefficient of Loess

1.3 濕陷性黃土地基處理設(shè)計方案

1.3.1 設(shè)計原則與設(shè)計要求

結(jié)合工程要求對基礎(chǔ)地基方案進行選擇，使建筑物安全和使用都得到保障。同時，對地基的設(shè)計還需要滿足建筑物承載力、變形計算、穩(wěn)定性等要求。

1.3.2 7住宅樓地基處理

根據(jù)對7住宅樓研究發(fā)現(xiàn)，7樓一共31層，分別為地上28層，地下3層。主要是剪力墻結(jié)構(gòu)與筏板基礎(chǔ)結(jié)合。建筑總高80 m左右，有部分檢測點位出現(xiàn)檢測不合格情況，因此用素土擠密樁結(jié)合長短CFG樁對地基進行加固。具體方案為：

（1）用素土擠密樁處理，用CFG樁加固?；讟烁邽?77 m，加固處理后，復(fù)合地基承載力特征值超過460 kPa，壓縮模量超過22 MPa方可；

（2）土方深度為絕對標高777.5 m，對素土擠密樁進行施工，提前留下0.5 m松動層，按照正三角布置平面。素土擠密樁樁徑、樁間距和樁長分別為600 mm、1 700 mm×1 700 mm、6 m。完成素土擠密樁施工后，繼續(xù)進行CFG樁施工，處理方案與素土擠密樁相似，施工標高和保護土層及樁間距與素土擠密樁一致。CFG樁樁徑為420 mm，施工樁長為17.5 m；

（3）檢測CFG樁后地基后發(fā)現(xiàn)，部分點位無法承擔(dān)相應(yīng)承載力，開始單樁靜載試驗時，個別樁頭被破壞。這可能是在該土層中，土質(zhì)分布不規(guī)律引起的。同時在施工時發(fā)現(xiàn)該批混凝土強度達不到設(shè)計強度，因此需要在原設(shè)計中增加部分CFG樁，增加CFG樁其余條件不變，施工樁長變?yōu)?4.5 m，在原設(shè)計CFG樁三角形的中心布置樁中心，最終地基得處理平面布置圖如圖5所示；

圖5 7#樓地基處理平面布置圖Fig.5 Layout plan of foundation treatment of building 7

2 試驗檢測要求

2.1 素土擠密樁試驗檢測

在處理影響的深度范圍內(nèi)，孔內(nèi)夯填土和樁間土擠密效果用勘探鉆機分層取樣進行評價。

2.2 CFG樁試驗檢測

（1）CFG樁采用C25商品混凝土施工，增加較短樁采用C30混凝土施工；

（2）在成樁時，澆筑50 m混凝土和每臺機械每臺各需留下3塊試件；

（3）按照《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB 50202—2018）和《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）對CFG樁進行驗收。并進行施工質(zhì)量檢驗；

（4）CFG樁復(fù)合地基驗收用載荷試驗對承載力進行檢驗。當樁身強度達到要求，載荷試驗占總樁數(shù)0.5%。載荷試驗數(shù)量皆為3點。對高于樁總數(shù)10%的樁進行低應(yīng)變動力檢測，用于評價樁身完整性。

3 施工要求

（1）需在CFG樁樁頂鋪設(shè)碎石褥墊層。褥墊層條件參數(shù)如表2所示。

表2 褥墊層條件參數(shù)Tab.2 cushion condition parameters

（2）CFG樁施工工藝為長螺旋成孔中心壓灌，樁身為C25混凝土；增加短樁樁身為C30混凝土。以泵砼→提鉆工序施工。施工前，提前對場地降水、排水，避免因為坑底積水使得坑底土層出現(xiàn)擾動和軟化現(xiàn)象。

（3）用柱錘進行夯實，出現(xiàn)成孔擠密過于隆起時間隔跳打，成孔后，夯填樁孔。

“我父親性格開朗，樂觀豁達。現(xiàn)在除腿腳有些不方便外，眼不花，耳不聾，神志非常清楚，記憶力超好，仍堅持吟詩寫文?！睖渍娴娜畠骸土晔诵萋毠⒓t說。最近，老人家又創(chuàng)作了《國慶六十九周年》《2018年老年節(jié)感賦》等詩文。

（4）達到設(shè)計深度后，掌握提拔鉆桿時間。遇見軟弱土層、粉土層以及飽和沙土，需要適當降低拔管速度。淤泥、粉細砂、淤泥質(zhì)土、松散飽和粉土等土質(zhì)樁徑較小時，用隔樁跳打以防止串孔。在施工時，施工樁應(yīng)比設(shè)計樁高0.5 m。

4 素土擠密樁+CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計計算

4.1 單樁豎向承載力特征值計算

4.1.1 長樁

參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012），根據(jù)勘察報告和設(shè)計參數(shù)對長樁進行計算。計算參數(shù)如表3所示。

表3 長樁計算參數(shù)Tab.3 Calculation parameters of long pile

CFG長樁單樁承載特征值R表達式為：

式中：u為樁周長；q為第層圖側(cè)阻力特征值；l為樁長范圍內(nèi)第層土的厚度；R為CFG長樁單樁承載特征值；a為端阻力發(fā)揮系數(shù)；q為樁端端阻力特征值。

樁體試塊抗壓強度表達式為：

式中：f表示試塊標養(yǎng)28 d的立方體抗壓強度平均值。

由式（1）、式（2）可得，=945 kN，f=25 MPa；通過現(xiàn)場勘察，部分點位承載力達不到響應(yīng)要求，個別單樁樁頭破碎，因此需增加短樁，以此進行補樁。故在設(shè)計時單樁承載特征值按照420 kN計算。采用C25混凝土，樁體試塊的抗壓強度滿足要求，有混凝土強度達不到標準，因此就算齡期滿足，仍有個別樁頭出現(xiàn)破碎情況。

4.1.2 短樁

短樁樁長為14.5 m，考慮地層復(fù)雜，且長樁靜載試驗存在部分點位不合格現(xiàn)象，取l=14.5 m，q=30 kPa，其余條件不變。由式（1）、式（2）進行計算可得，=677 kN，f=30 MPa。結(jié)合現(xiàn)場試驗結(jié)果，設(shè)計時按照=280 kN計算。采用得C30混凝土?xí)r，樁體試塊抗壓強度滿足設(shè)計要求。

4.2 復(fù)合地基承載力特征值計算

已知==0.055，長樁和短樁的單樁承載特征值分別取值420 kN和280 kN。經(jīng)過擠密樁對天然地基處理后，取天然地基承載力1.4倍，可得f=1.4f=238 kPa，取λ=0.9，=1。

承載力特征值表達式為：

式中：A為長樁單樁截面積；A為短樁單樁截面積；R為長樁單樁承載特征值；R為短樁的單樁承載特征值；β為長樁豎向抗抗壓承載力修正系數(shù)；為短樁面積置換率；β為樁間土地基承載力修正系數(shù)；為長樁面積置換率；f為樁間土地基承載力特征值；β為短樁豎向抗抗壓承載力修正系數(shù)。

承載力特征值計算結(jié)果為467 kPa，大于460 kPa，滿足設(shè)計要求。

4.3 壓縮模量計算

基地在③層土層中，壓縮模量為6 MPa；承載力為150 kPa。通過素土擠密樁和CFG復(fù)合地基處理后，壓縮模量提高至23.38 MPa，大于22 MPa。符合要求。

5 結(jié)語

本文通過張家口橋東區(qū)某小區(qū)7樓地基處理工程項目，結(jié)合現(xiàn)場地基檢測試驗對北方深厚濕陷性黃土場地地基進行處理。通過對黃土單個物理指標與濕陷性關(guān)系進行分析可知，黃土濕陷性隨黃土深度的和干密度的增加而減小；隨含水量和孔隙比的增加而減小。通過考察，本工程濕陷性黃土主要分布在1～12 m間；含水率為18%～24%；黃土濕陷性在黃土干密度大于1.68 g·cm時基本消失；濕陷性較強黃土主要在孔隙比高于0.64區(qū)域。對7樓地基進行分析和采取補救措施，確定本文提出的設(shè)計方案可以滿足濕陷性黃土地基的相關(guān)設(shè)計要求。