鉆孔灰土擠密樁在砂質(zhì)濕陷性黃土中的應(yīng)用

趙海飛

(內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

1 概述

在北方黃土高原的邊緣地帶存在著大量非典型性濕陷性黃土，砂狀特點就是其中之一。灰土擠密樁是濕陷性黃土地區(qū)常用的地基處理方法，由于砂狀黃土的特殊性，常用的灰土擠密樁施工工藝應(yīng)用于該類型黃土容易產(chǎn)生嚴(yán)重的塌孔、提錘困難等現(xiàn)象。本文結(jié)合內(nèi)蒙古呼和浩特市和林格爾地區(qū)和林盛樂電廠地基處理原體試驗數(shù)據(jù)總結(jié)了鉆孔灰土擠密樁在該類型地基土中合理工藝及處理后的效果。

擬建廠區(qū)屬典型的干旱和半干旱大陸性氣候。在場地各層土中，②1層黃土狀粉土不均勻，含砂量大，含鈣質(zhì)結(jié)核，具自重濕陷性，濕陷性輕微～強(qiáng)烈，層底埋深一般在10m左右。根據(jù)設(shè)計方案對附屬建筑物地基擬用灰土擠密樁法處理。內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院負(fù)責(zé)完成地基處理的原體試驗工作。本次試驗的目的主要是① 確定灰土樁處理濕陷性土的效果；② 為設(shè)計提供灰土樁地基處理的最佳參數(shù)；③ 確定合理的施工方法、工藝，并做到安全、經(jīng)濟(jì)、適用。

2 鉆孔灰土擠密樁試驗方案的設(shè)計

該場地黃土狀粉土含砂量較大，根據(jù)場地內(nèi)辦公樓地基處理施工經(jīng)驗，采用沖擊擠密成孔后存在塌孔及提錘困難的現(xiàn)象，故本次原體試驗的樁孔設(shè)計采用鉆孔灰土擠密樁，開始時采用機(jī)械洛陽鏟法進(jìn)行成孔，存在嚴(yán)重的塌孔現(xiàn)象，隨后改為長螺旋鉆成孔法進(jìn)行成孔。為了保證2:8灰土的粘粒含量，灰土拌合采用表層挖出的粘粒含量較大地基土；考慮到大面積施工時需要，在A試驗區(qū)增加布置13根樁，采用下部含砂量較大的地基土拌合成3:7灰土成樁，進(jìn)行對比試驗。試驗區(qū)的劃分及對應(yīng)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 試驗區(qū)的劃分及對應(yīng)設(shè)計參數(shù)

本次試驗采用步履式樁機(jī)(長螺旋鉆式)進(jìn)行成孔；樁孔回填選用錘重為1800 kg夯擴(kuò)機(jī)，填料根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗確定的有關(guān)指標(biāo)進(jìn)行拌合。

3 確定施工夯擊數(shù)與填料量

本次試驗是通過重錘高動能、超高壓、強(qiáng)擠密，對樁孔填料進(jìn)行固結(jié)和對樁間土進(jìn)行強(qiáng)擴(kuò)充擠密，從而達(dá)到對樁體和樁間土動力固結(jié)處理地基的目的?？紤]到柱錘提出孔口太高時，其下落時會產(chǎn)生擺動，影響樁體上部的夯擊效果，因此當(dāng)夯擊面距離孔口距離較小時，應(yīng)適當(dāng)減小柱錘落距。根據(jù)以往工程經(jīng)驗及現(xiàn)場測試，本次試驗采用的夯擊次數(shù)與填料量的控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 試驗采用的夯擊能及控制標(biāo)準(zhǔn)

4 樁體及樁間土擠密效果分析

檢測地基土的濕陷性、密實度和壓縮性等，主要采用原狀土試樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗，輔以孔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和靜力觸探試驗；檢測灰土擠密樁復(fù)合地基的強(qiáng)度，主要采用了載荷試驗，輔以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、土工試驗和靜力觸探試驗。

4.1 樁間土檢測

4.1.1 土工試驗檢測

本次取樣每個探井開挖范圍恰好包含三根灰土樁和樁間土構(gòu)成的一個完整處理面，取樣間隔均為1.0 m，根據(jù)探井樁間土的取樣試驗結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計分析及計算見表3。

表3 樁間土擠密前后物理力學(xué)性指標(biāo)結(jié)果對比

分析表3，得出如下結(jié)論：①從濕陷性角度看，兩種樁間距，樁間土的濕陷性已全部消除；②從物理力學(xué)性指標(biāo)角度看，樁間土平均干密度最大提高6.5%；平均壓縮模量最大提高30.0%；平均孔隙比最大降低11.30%；樁間土的平均擠密系數(shù)為0.88～0.90，擠密效果一般，未達(dá)到《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中樁間土的平均擠密系數(shù)不宜小于0.93的要求，分析原因主要是由于處理前地基土本身為中密砂狀黃土狀粉土，不易被擠密造成的；③1.0m樁間距的擠密效果優(yōu)于1.2m樁間距。

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果分析

樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)統(tǒng)計結(jié)果擠密前后對比

分析表4，1.0m樁間距標(biāo)貫擊數(shù)比處理前提高10.6%，1.2m樁間距標(biāo)貫擊數(shù)比處理前提高0.6%。標(biāo)貫擊數(shù)值處理前后提高的不是很明顯，分析其原因，可能與地基為砂質(zhì)，處理前密實度相對也比較大，不易被擠密有關(guān)。1.0m樁間距標(biāo)貫擊數(shù)提高效果明顯強(qiáng)于1.2m樁間距。

4.1.3 靜力觸探試驗結(jié)果分析

樁間土擠密前后靜力觸探試驗結(jié)果見表5。

表5 樁間土擠密前后靜力觸探試驗結(jié)果對比

根據(jù)表5可知，當(dāng)實驗面下6m內(nèi)②-1層黃土狀粉土采用灰土擠密樁進(jìn)行擠密處理后，樁間土其錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fS均有較大的提高。1.0m樁間距比1.2m樁間距樁間土錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fS提高幅度大。試驗面下6m～7m之間有一層中密～密實的粉細(xì)砂，處理后由于其局部地段錐尖阻力qc大于35MPa，探頭無法繼續(xù)下探，無法取得該深度地基土的靜力觸探資料。

4.2 樁體檢測

4.2.1 土工試驗檢測

本次試驗對18根樁進(jìn)行了檢測。試坑內(nèi)自上而下分層取原狀土樣，取樣間隔均為1.0 m。通過室內(nèi)土工試驗，確定樁體灰土的含水量、密度，計算樁體灰土的干密度、壓實系數(shù)。樁體灰土壓實系數(shù)計算結(jié)果見表6。

表6 樁體壓實系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

試驗樁體的平均壓實系數(shù)滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中填料的平均壓實系數(shù)不應(yīng)低于0.97，其中壓實系數(shù)最小值不應(yīng)低于0.93的要求。18根樁中有4根樁壓實系數(shù)達(dá)到了1，說明，該灰土通過該工藝是可以壓實的。該次檢測有少部分樁壓實度未達(dá)到0.97，可能是由于灰土攪拌不均勻，含水量偏差大等原因造成。通過以上數(shù)據(jù)及分析，3:7灰土和2:8灰土都是可以壓實的。

4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗檢測結(jié)果

樁體標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)統(tǒng)計見表7。

表7 樁體標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

通過表7，2:8灰土樁體的均勻性較差，分析原因灰土攪拌不均勻，含水量未達(dá)到要求等都可能造成樁體不均勻。3:7灰土的均勻性較好。

4.3.3 剖樁檢測結(jié)果分析

通過測量和目測，灰土樁體直徑上部在550mm～600mm之間，但形狀較差，多數(shù)為橢圓或不規(guī)則狀，分析原因，主要是由于上部樁體夯實時，重錘已經(jīng)提到地面以上，在下落時沒有護(hù)筒，重錘來回擺動，使樁體向周圍不均勻擠擴(kuò)而造成。下部樁體直徑在500mm～550mm之間，樁體圓度較好，但部分樁體傾斜度較大，且存在夾砂土現(xiàn)象。部分樁體存在灰土不均勻現(xiàn)象，這主要是由于灰土攪拌不均勻造成。總體來看，樁的整體性較好，樁長均達(dá)到了設(shè)計要求，未發(fā)現(xiàn)斷樁及明顯縮徑等現(xiàn)象。

4.4 灰土樁復(fù)合地基承載力確定

本次共完成靜力載荷試驗6個。試驗采用慢速荷載維持法，對應(yīng)1.0m和1.2m樁間距，分別選用其對應(yīng)單樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓形剛性承壓板，，其直徑分別為1.05m和1.26m。

6個試驗點的P～S曲線均呈圓滑形。根椐《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》及《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定，本次試驗取取s/b等于0.007對應(yīng)的壓力為復(fù)合地基承載力特征值。靜載荷試驗結(jié)果見表8。

表8 試驗區(qū)復(fù)合地基靜載荷試驗成果

原體試驗的設(shè)計構(gòu)想復(fù)合地基承載力特征值fak為230kPa。根據(jù)表8，6個載荷試驗點承載力特征值最小為192kPa，最大248kPa。1.00m樁間距承載力特征值的平均值為228kPa；1.20m樁間距承載力特征值的平均值為227kPa。兩片試驗區(qū)的復(fù)合地基承載力基本達(dá)到了設(shè)計要求。

5 結(jié)論

(1)剖樁檢測結(jié)果表明鉆孔灰土擠密樁樁體可以從400mm沖擴(kuò)至500mm～600mm。試驗樁體的平均壓實系數(shù)可以滿足有關(guān)規(guī)范要求。

(2)砂質(zhì)非典型性黃土采用鉆孔灰土擠密樁方案進(jìn)行地基處理，其施工工藝是可行的，可以達(dá)到消除濕陷性及改善地基土的物理力學(xué)性質(zhì)的效果。

(3)鉆孔灰土擠密樁處理砂質(zhì)黃土其地基承載力特征值可以達(dá)到225kPa，變形模量可以達(dá)到22MPa。

(4)由于含砂量較大，通過試驗對比，采用長螺旋鉆進(jìn)行成孔比較理想。

(5)采用鉆孔灰土擠密樁進(jìn)行地基處理，1.00m樁間距方案處理后的各項指標(biāo)強(qiáng)于或稍強(qiáng)于1.20m樁間距方案?？紤]大面積施工時就地取材等問題，建議采用1.00m樁間距，填料采用3:7灰土。

[1]閆文生．濕陷性黃土處治研究[D]．河北工業(yè)大學(xué)，2002．

[2]任亞民．內(nèi)蒙古京能盛樂2×350MW冷熱電聯(lián)供機(jī)組工程巖土工程勘測報告[R]．呼和浩特：內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，2012．

[3]DL/T5024－2005，電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S]．

[4]JGJ79－2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]．

[5]GB50025－2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]．