復(fù)合載體夯擴樁在大厚度濕陷性黃土中的應(yīng)用研究

李鵬飛 王立新 張會芳 李艷芳

（河北建筑工程學(xué)院，張家口075024）

我國東北、西北、華中和華東部分地區(qū)廣泛分布的黃土多具濕陷性，并且厚度之大以及地層層序之完整，是舉世聞名的.近年來，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，濕陷性黃土地區(qū)的建設(shè)項目日益增多，規(guī)模越來越大，樁基的使用日益增多，也出現(xiàn)了需要解決的新問題.大厚度濕陷性黃土地區(qū)夯擴樁基設(shè)計就是一個亟待解決的課題.對于大厚度的濕陷性土層，工程上相應(yīng)的夯擴樁基設(shè)計經(jīng)驗不足，國內(nèi)不同的設(shè)計者所提出的承載力相差甚遠(yuǎn)，難以達(dá)成共識.張家口孔家莊地區(qū)南部汽車站附近將要建設(shè)全縣最大規(guī)模小區(qū)，總建筑面積十萬多平方，經(jīng)勘測本地區(qū)濕陷性黃土厚度為4-100米，為此，經(jīng)組織設(shè)計單位、科研單位以及專家的討論研究，最后決定采用純粉煤灰代替夯擴樁樁間土層，在小區(qū)建筑場地附近進行夯擴樁基的單樁承載力靜載試驗研究工作.本項目預(yù)期研究清楚復(fù)合載體夯擴樁在大厚度濕陷性黃土實際工程中的應(yīng)用，可為其他類似工程提供參考.該工程原基礎(chǔ)（樁基部分）設(shè)計方案為人工成孔擴底墩灌注樁，樁徑1200～1800不等，樁長5800～6300，總數(shù)量304根，設(shè)計上大膽改用復(fù)合載體夯擴樁樁基方案.設(shè)計前期作了試驗樁18根，經(jīng)檢測單樁承載力達(dá)到1730 KN.

1 粉煤灰回填

1.1 現(xiàn)場壓實試驗

回填用粉煤灰為熱電廠料場長期存放的濕排粉煤灰，本次回填控制的主要技術(shù)參數(shù)為壓實系數(shù).在大面積回填前進行了局部的壓實試驗，但反復(fù)壓實后環(huán)刀取樣，壓實系數(shù)卻很難達(dá)到設(shè)計要求，經(jīng)設(shè)計、勘察、施工、監(jiān)理各方論證分析后提出了“參考點”和“找平層”的設(shè)置.

1.1.1 參考點的設(shè)置

由于濕排粉煤灰的顆粒分布均勻性差且局部含有少量爐渣，8 rnm以上粗顆粒含量約為10%（重量比），這就容易造成環(huán)刀取樣時土樣擾動失真，與實驗室擊實試驗結(jié)果出入較大，經(jīng)各方研究后確定特設(shè)參考點，具體做法是：虛鋪完成后，在每個檢驗區(qū)域內(nèi)隨機選一參考點，面積為2 m×2 m，參考點內(nèi)粉煤灰用網(wǎng)格為8 mm×8 mm的篩子進行過篩，在確保同樣施工工藝的前提下，對參考點進行環(huán)刀取樣檢驗，每個參考點內(nèi)取3個檢驗點，若有2個或3個檢驗點壓實系數(shù)滿足要求，則認(rèn)為該檢區(qū)域滿足設(shè)計要求.

1.1.2 找平層的設(shè)置

下部砂卵層粗平后進行粉煤灰回填的施工，第一層粉煤灰試驗結(jié)果是：壓實系數(shù)的離散性較大，高的達(dá)到0.99，低的只有0.87，且低于0.93的占70%.又采用不同的壓實遍數(shù)，不同的含水率反復(fù)試驗，結(jié)果仍不能滿足要求.經(jīng)分析認(rèn)為：砂卵墊層的整體承載力較高，但如果從局部細(xì)化到一定范圍后，會存在有硬有軟的現(xiàn)象，使上部粉煤灰在壓實過程中受力不均勻，且粉煤灰為散性材料，就更難成為均勻的整體，從而造成壓實系數(shù)偏低.鑒于以上分析，將原第一層粉煤灰（壓實后約25 cm）作為找平層，按照最優(yōu)含水率，壓夠規(guī)定的遍數(shù)后即進行第二層粉煤灰的施工.經(jīng)試驗第二層粉煤灰不存在上述問題.

2 施工工藝

2.1 虛鋪厚度

采用90型推土機鋪墊與整平粉煤滅，每層鋪墊厚度250 mm～300 mm，現(xiàn)場配備測量人員控制標(biāo)高，高差控制在±5 cm以內(nèi).基坑周圍機械不能到的地方，人工鋪設(shè)厚度300 mm～350 mm.

2.1.1 碾壓遍數(shù)

粉煤灰碾壓應(yīng)遵循先輕后重的原則，經(jīng)試驗確定采用YZl6型振動壓路機，先靜壓交叉各2遍，再振壓交叉各6遍，最后再靜壓交叉各2遍.

壓輪重疊300 rmn，壓路機碾壓的行駛速度應(yīng)控制在每分鐘30米以內(nèi).當(dāng)試驗時壓輪重疊400 mm～600 mm，行使速度每分鐘50米，碾壓規(guī)定的遍數(shù)后取樣，壓實系數(shù)多數(shù)達(dá)不到要求.在施工時應(yīng)有專人控制壓實遍數(shù)，壓輪重疊寬度和壓路機的行駛速度.

2.1.2 含水量

粉煤灰為散狀材料，透水性較好，最優(yōu)含水量隨材質(zhì)的均勻性變化較大.在施工過程中，對料廠不同位置不同時期的4種粉煤灰分別進行了3組擊實試驗，4種粉煤灰的最優(yōu)含水量及最大干重度平均值見表1.

表1 最大干重度及最優(yōu)含水量采用值（平均值）

由表一可以發(fā)現(xiàn)粉煤灰隨材質(zhì)均勻性的不同最大干重度和最優(yōu)含水量變化較大.最優(yōu)含水量隨最大干重度的增加而降低.經(jīng)對現(xiàn)場取樣試驗的705個點的數(shù)據(jù)分析說明，其壓實密度隨含水量的變化而變化，當(dāng)含水量為最佳時，可達(dá)到最大壓實密度，超過時壓實密度又趨于下降，現(xiàn)場含水量的最佳值應(yīng)為擊實試驗的最優(yōu)含水量加3%.

表2 粉煤灰墊層靜載試驗加荷分級表

表3 粉煤灰墊層靜載試驗綜合結(jié)果表

通過靜載試驗可以確定，粉煤灰墊層回填施工的施工工藝和施工控制是合理的，粉煤灰承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于180 Kpa，滿足設(shè)計要求.

2.1.3 靜載試驗

整個基坑回填至設(shè)計標(biāo)高后，在不同區(qū)域內(nèi)進行了6個試驗點的靜載試驗，試驗點編號為S1～S6.在S4點試驗滿足設(shè)計要求的180 Kpa后在其點又逐步加大試驗荷載，加荷分級情況見表2.由試驗產(chǎn)生的P-S曲線可判斷：6個試驗點加荷達(dá)最大加荷量時，均未達(dá)到極限荷載.依據(jù)試驗點的相對變形及最大加荷量等參數(shù)，綜合判定粉煤灰墊層地基承載力基本值見表3.

2 夯擴樁施工

2.1 設(shè)計要求

樁徑＝450 mm，樁長2.9米，主筋配6Ф12螺旋箍筋8＠200，砼強度等級C30，主筋保護層為40 mm，三棟塔樓內(nèi)呈梅花狀滿堂布置，裙房區(qū)域內(nèi)分別由5樁～12樁承臺組成，樁間距1.5米～1.8米，總樁數(shù)量1812根，單樁承載力1730 KN，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk＝660 Kpa，樁頂滿鋪300厚褥墊層.

2.2 施工方法

2.2.1 引孔：因回填粉煤灰強度高可塑性差，為防止夯擴時對粉煤灰層造成的擾動及破壞，現(xiàn)場采用等樁經(jīng)螺旋鉆引孔，引孔深度h＝2 m（即回填厚度）.鉆出粉煤灰及時清運出場，樁孔口用灌滿粉煤灰編織袋及時覆蓋，以防止粉煤灰水分散發(fā)而坍塌或雜物落入孔內(nèi).

2.2.2 樁基就位施工：引孔后樁機根據(jù)樁孔位調(diào)整就位.當(dāng)樁管護筒垂直對準(zhǔn)樁孔后，即沉管至引孔底進行夯擴.夯擴細(xì)長錘重約2.8T，夯擊能量約為21 t.m，為確保持力層落在第④層卵石上，一是保證樁長在2.9 m左右，二是以三擊貫入度進行控制，在護筒上做好樁長標(biāo)記，當(dāng)夯擴至設(shè)計樁長時即測三擊貫入度，若三擊貫入度小于8～9 cm時，即可下填干硬性砼；若三擊貫入度大于8～9 cm，則護筒繼續(xù)下沉夯擴，直至三擊貫入度滿足要求為止.

施工時對每樁均編號、記錄：施工的時間、夯擊數(shù)量、樁長、三擊貫入度值，夯填料，干硬性砼數(shù)量，有無地下水，施工完后的樁頂標(biāo)高等.

2.2.3 夯填料：根據(jù)《復(fù)合載體夯擴樁設(shè)計規(guī)程》（JGJ／T135-2001、J121-2001）要求，結(jié)合本工程地質(zhì)報告，持力層在第④層卵石上承載力較高，變形模量較大E0＝75 Mpa，夯擴樁形成大頭的主要目的不是通過加固下部地基，提高單樁承載力，故取消了夯填料直接夯填干硬性砼形成擴大頭.干硬性砼由同標(biāo)號（C30）配比拌制而成，當(dāng)夯擴至地下水位線后，為保證三擊貫入度的準(zhǔn)確性干硬性砼累計下料0.1 m3（約13～15锨）后，三擊貫入度呈遞減趨勢且累計不超過6 cm時，則繼續(xù)干硬性砼的夯填直至形成擴大頭，累計干硬性砼填入量約為0.4 m3.

2.2.4 砼澆筑：擴大頭施工完成后，安放鋼筋籠，樁身砼塌落度第一盤控制在14～16 cm，以后為12～14 cm.為防止鋼筋籠隨護筒上拔時上浮，現(xiàn)場用細(xì)鋼管及鋼筋頭焊成“十”字狀止浮器，用細(xì)長錘壓在鋼筋籠頂端，此時護筒上拔，從護筒壁預(yù)留口中投放砼并下棒振搗交替進行，直至完成.為確保樁頂部因振搗形成的浮漿現(xiàn)象，樁頂澆筑高出設(shè)計標(biāo)高20 cm.

2.2.5 施工順序及注意事項：夯擴樁施工采取隔行跳打，共分四輪進行，相鄰樁施工最小不少于7天為準(zhǔn).

3 樁基檢測

3.1 低應(yīng)變檢測

結(jié)合施工中遇到的具體情況，對其中的54根樁進行樁身完整性檢測，見表4：

表4 樁身完整性檢測成果表

樁身完整性分類說明：

A類：實測曲線有清晰的夯擴體信號，實測信號表明夯擴體位置上移（在卵石層內(nèi)）.

B類：實測曲線無夯擴體信號，只能反映樁身段的完整性情況.

C類：樁身中部有明顯的低阻抗反射，可能為拉裂縫.

D類：樁身中部存在明顯的擴徑信號，擴徑位置以下樁身及夯擴體情況不一樣.

為驗證檢測結(jié)果，現(xiàn)場對不同類型的樁分別開挖2根進行驗證，B、C、D類樁符合檢測結(jié)果，而A類樁實際在擴大頭與樁身結(jié)合部已斷裂（上?。?，經(jīng)分析因樁身太短造成信號反射失真.2、靜載荷檢測：現(xiàn)場對復(fù)合載體夯擴樁（樁及樁間土）靜載荷測試點11個，褥墊層為樁頂上滿鋪300厚破碎密石，密石直徑為0.2～0.4 cm，澆水濕潤，振搗密實，采用1.95 m2圓形鋼板，荷載配重為350 t.

4 結(jié) 論

復(fù)合載體夯擴樁在大厚度濕陷性黃土中的應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)：1）樁的承載性狀好，單樁承載力較高，為相同樁長和樁徑的灌注樁承載力的2.5倍以上；2）夯擴體采用碎磚、碎石、塊石等價格十分低廉的建筑材料或建筑垃圾，故其造價低且有利于保護環(huán)境；3）在夯擴過程中填充料形成了良好的透水通道，使得夯擴體周圍影響范圍內(nèi)土體快速固結(jié)，顯著提高了土體強度也相應(yīng)提高了樁的承載力；4）施工機械輕便，機動靈活，且夯擴體施工質(zhì)量易控制.

［1］朱彥鵬，葉帥華，周勇，羅維剛，王雪浪.大厚度黃土地區(qū)夯擴樁承載力研究，低溫建筑技術(shù).2010年NO.8，88～91

［2］羅偉，田敏.復(fù)合載體夯擴樁在濕陷性黃土地基處理防空洞中的應(yīng)用，探礦工程（巖土鉆掘工程）.39～41

［3］曹雙其.復(fù)合載體夯擴樁處理軟弱及溶洞地基，山西建筑.Vl01.36 No.14May.2010，99～101

［4］溫濤.復(fù)合載體夯擴樁在石灰?guī)r地區(qū)的應(yīng)用.72～73

［5］耿炎軍，武國峰.豫西地區(qū)夯擴樁工程技術(shù)特點分析.The Scientific Technology of Architecture and Economy.22～24