西安某工程灰土擠密樁縮頸現(xiàn)象分析及治理

郭明 劉偉 郭亮

1 工程概述

西安臨潼某儲(chǔ)罐工程，20 000 m3儲(chǔ)罐，直徑42.0 m，罐壁高度17.45 m，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土環(huán)墻，環(huán)墻截面寬度600 mm，高度1 900 mm，埋深1 200 mm。基底壓力220 kPa，處理后地基承載力特征值不小于240 kPa。地基處理采用灰土擠密樁復(fù)合地基，樁徑選用400 mm，樁距800 mm，按等邊三角形布置，樁長自礫石墊層(褥墊層)下起約9.0 m～12.0 m。

經(jīng)勘探揭露，場地內(nèi)地層自上而下依次由耕土、素填土、第四系全新統(tǒng)洪積黃土狀土和黑壚土、第四系上更新統(tǒng)和中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、古土壤及中更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土構(gòu)成，現(xiàn)自上而下敘述如下:①耕土(Qpd):層厚0.3 m～1.8 m。②素填土(Qml):層底深度 0.4 m～3.5 m。③-1黃土狀土(Q1pl4):層底深度0.9 m～4.2 m。③-2黃土狀土(Q1pl4):層底深度1.0 m～4.3 m。④黑壚土:層底深度2.0 m～6.7 m。⑤-1馬蘭黃土(Q2eol3):層底深度7.5 m～13.5 m。⑤-2馬蘭黃土(Q2eol3):該層層厚1.40 m～6.60 m，不具濕陷性。⑥古土壤(Q1eol3):層底深度13.90 m～19.60 m，不具濕陷性。⑦離石黃土(Q2eol2):層底深度15.00 m～29.50 m，不具濕陷性。

各土層含水率指標(biāo)見表1。

表1 各土層含水率指標(biāo) %

最終選擇不具濕陷的⑤-2作為持力層。

2 縮頸原因

施工采用錘擊沉管(2.5 t柴油打樁機(jī))成孔，樁孔夯填采用卷揚(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)(重錘500 kg)，填料為2∶8灰土，在施工過程中，局部一些樁在成孔時(shí)出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。具體為在第一次成孔后，經(jīng)過1 h左右測量，樁底部出現(xiàn)縮頸，最大孔深縮短1 000 mm。原因分析如下:

1)地下水位上升。地下水是賦存于⑥層，⑦層中的潛水，穩(wěn)定水位13.00 m～16.50 m。場地地下水位年變化幅度1.0 m～2.0 m，勘察期間地下水處于非豐水期。施工期間地下水處于豐水期。因此導(dǎo)致樁端⑤-2馬蘭黃土(Q2eol3)土層含水率增大，導(dǎo)致縮頸。

2)附近水源井抽水，導(dǎo)致地下水位變化。離最外排樁外10 m有一施工用水源井，通過對縮頸的孔進(jìn)行觀察和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)這些孔位置相對集中，以水源井為中心向周圍擴(kuò)散。具體見圖1。

3)樁成孔順序。樁成孔順序按先外排后內(nèi)排，同排樁間隔1個(gè)～2個(gè)孔進(jìn)行。

通過對圖1的觀察，隔排隔點(diǎn)的工藝縮頸現(xiàn)象均出現(xiàn)在中間加樁處。實(shí)踐表明，當(dāng)天然土的含水率小于12%時(shí)，土呈堅(jiān)硬狀態(tài)，成孔擠密很困難，樁管沉入后側(cè)向擠壓應(yīng)力靠土的顆粒間相互接觸傳遞，應(yīng)力的傳遞范圍小，擠密效果差，即使成孔也容易形成塌孔，而且容易破壞設(shè)備;當(dāng)土的天然含水率w≥24%，飽和度Sr＞75%，土的含水量過高時(shí)，土呈軟塑狀態(tài)，主要由孔隙水承受和傳遞側(cè)向擠壓應(yīng)力，土顆粒被孔隙水分隔，它們之間得不到充分?jǐn)D密，樁孔縮頸的可能大。當(dāng)w=14%～20%時(shí)，土呈可塑狀態(tài)，樁管的側(cè)向擠壓應(yīng)力由孔隙水和土顆粒相互接觸共同傳遞，所以影響范圍大，擠密效果好，成孔效果較好。但在該工程當(dāng)中即使含水量w≤20%，也出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。通過圖1觀察結(jié)合施工順序發(fā)現(xiàn)，忽略了影響樁間土擠密效果的一個(gè)重要指標(biāo)，即飽和度Sr。因?yàn)橥馏w擠密后，土中水的體積不變，孔隙比減小，即意味著飽和度增大，當(dāng)孔隙減小到一定程度，土體就達(dá)到飽和，此時(shí)，擠密成孔必然會(huì)產(chǎn)生超孔隙水壓力，從而引起縮頸。有關(guān)規(guī)程、規(guī)范也指出，當(dāng)天然地基土的飽和度Sr＞75%時(shí)，擠密樁已不適用。所以擠密效果還與擠密后的飽和度有關(guān)，中間的加樁縮頸主要是由于周圍樁體的擠密造成的。

3 縮頸治理

從縮頸原因來看，主要是樁端土層含水率的上升造成，需采取根本措施降低含水率，選擇具有吸水性的材料作為樁端骨料。

1)填料沖擊成孔。對縮頸較小的，即成孔后1 h，孔深縮短500 mm以下的采用分次填入碎磚和生石灰塊，邊沖擊邊將填料擠入孔壁和孔底，當(dāng)孔底接近設(shè)計(jì)深度時(shí)，夯入部分碎磚形成擴(kuò)大端。2)復(fù)打成孔。對縮頸較大的，即成孔后1 h，孔深縮短1 000 mm左右的采用:提錘反復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)孔深，然后分層填入碎磚和生石塊，待孔內(nèi)生石灰吸水膨脹，樁間土性質(zhì)有所改善后，再進(jìn)行二次沖擊復(fù)打成孔。但在該工程中，二次復(fù)打成孔效果沒有本質(zhì)改善，還存在縮頸。經(jīng)研究，實(shí)際方法為:在第一次成孔后(按設(shè)計(jì)樁長)，對出現(xiàn)縮頸的孔，可在孔底填入1.0 m級配礫石(礫石粒徑控制在25 mm～35 mm)，進(jìn)行二次沖擊復(fù)打，打入深度控制在0.5 m深(復(fù)打深度較第一次打入深度減少0.5 m)，夯入部分礫石形成擴(kuò)大頭，提高樁端持力層承載力。然后再按原設(shè)計(jì)要求回填。若還有縮頸現(xiàn)象可重復(fù)使用該方式。采用該方法很好的處理了縮頸問題，具體見圖2。

4 結(jié)語

1)通過該方法處理縮頸后的樁體，經(jīng)檢測，復(fù)合地基承載力、樁間土擠密系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，也有效的消除了濕陷。

2)通過本工程發(fā)現(xiàn)，在選用灰土擠密樁時(shí)，應(yīng)對周圍環(huán)境做好調(diào)研，查明水井、墓穴等不利地質(zhì)情況;對天然含水率20＜w＜24的黃土土層，應(yīng)注意樁間土擠密效果造成的縮頸，選擇合理的樁距和樁徑。

［1］顧曉魯.地基與基礎(chǔ)［M］.北京:建筑工業(yè)出版社，2001.

［2］宋上明.鉆孔樁在深厚軟土層鉆進(jìn)易縮孔的預(yù)防措施［J］.山西建筑，2010，36(6):92-93.