灰土擠密樁設(shè)計(jì)方法探析

李 卓

（山西省第二建筑設(shè)計(jì)院 山西長治 046000）

1 概況

我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開建筑工程建設(shè)，但是，在建筑工程建設(shè)的過程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些特殊地基情況，濕陷性黃土就是其中的一個(gè)，為了有效的解決這項(xiàng)問題，逐漸將灰土擠密樁應(yīng)用到其中，來保證地基的穩(wěn)定性。某建筑工程為某工業(yè)廠區(qū)建設(shè)工程，其擬建廠區(qū)主要包括維修車間、機(jī)加工車間、檢測(cè)車間、循環(huán)水池、污水處理池等。其中車間整體占地面積約為7654.88m2，結(jié)構(gòu)形式為排架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深為-1.8m。循環(huán)水池占地面積為349.2m2，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深為-3.0m。污水處理池占地面積為615.8m2，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深為-5.0m。巖性主要為第四系全新統(tǒng)濕陷性黃土及第四系上更新統(tǒng)濕陷性黃土，孔隙含量高?，F(xiàn)采用灰土擠密樁對(duì)地基進(jìn)行處理。

2 灰土擠密樁設(shè)計(jì)

2.1 樁型選擇

擠密樁的樁型按成孔和成孔工藝的不同，分為直接擠密成孔和鉆孔夯擴(kuò)擴(kuò)擠密樁兩類樁型。

（1）直接擠密成孔是利用沉管、沖擊等方法，對(duì)地基深層擠壓并形成樁孔，使樁間土體充分?jǐn)D密，然后將樁孔填料分層夯實(shí)。當(dāng)?shù)鼗恋暮窟m中時(shí)，可形成穩(wěn)定的樁孔。

（2）鉆孔夯擴(kuò)樁擠密法是近幾年經(jīng)常應(yīng)用的施工方法，其優(yōu)點(diǎn)是施工噪聲和振動(dòng)影響較小，在地基土含水量較高的場(chǎng)地，鉆孔夯擴(kuò)不易出現(xiàn)縮孔、回淤等情況。

2.2 場(chǎng)地濕陷類型判斷

黃土地區(qū)場(chǎng)地的濕陷類型根據(jù)室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)累計(jì)的計(jì)算自重濕陷量或?qū)崪y(cè)自重濕陷量進(jìn)行判定，當(dāng)實(shí)測(cè)或計(jì)算自重濕陷量≤70mm時(shí)，應(yīng)判定為非自重濕陷性黃土地基，當(dāng)實(shí)測(cè)或計(jì)算自重濕陷量＞70mm時(shí)，應(yīng)判定為自重濕陷性黃土地基。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)：自重濕陷量的計(jì)算值Δzs是先依據(jù)場(chǎng)地的取土鉆孔處取得的原狀土樣，通過室內(nèi)的浸水壓縮試驗(yàn)，從而測(cè)出各個(gè)土層在其上覆土的飽和自重壓力下的自重濕陷系數(shù)δzs值。然后按照公式相應(yīng)規(guī)范求出自重濕陷量的計(jì)算值。

2.3 濕陷等級(jí)確定

濕陷性黃土地基是由地面下不同厚度的黃土組成，該黃土具有不同濕陷系數(shù)。濕陷等級(jí)表示了本段地基的濕陷程度。本段濕陷性黃土地基濕陷量根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。

2.4 樁距計(jì)算

灰土擠密樁的樁徑一般在30～50cm之間，樁孔之間的間距一般取樁孔直徑的2.0～2.5倍為宜，同時(shí)滿足樁孔間距使樁間土體的擠密系數(shù)大于0.93。樁距根據(jù)樁間土得到有效擠密的原則計(jì)算確定，依據(jù)成孔擠密的方法和樁孔的排列方式分別按照式（1）進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)采用擠密成孔時(shí)：

式中：S為樁的間距（m）；d為樁體直徑（m）；β為等邊三角形布樁時(shí)，β=0.952；ρdc為樁間土擠密后的平均干密度（g/cm3）；ρd為處理前天然地基土的平均干密度（g/cm3）。

2.5 樁孔的數(shù)量與平面布置

擠密樁樁孔的數(shù)量與需要處理的地基面積、擬定的樁孔直徑和樁孔間距有關(guān)，并可按下式（2）和（3）計(jì)算確定：

式中：n為樁孔的數(shù)量；A為擬處理地基的面積（m2）；Ae為1根擠密樁所承擔(dān)的處理地基面積（m2）；d為等效影響圓的直徑（m），樁孔按正三角形布置，d=1.05S；樁孔按正方形布置，d=1.13S。

2.6 處理范圍設(shè)計(jì)

本路段地基填高3.2m，本次處理范圍至填方邊坡坡腳外2m。

2.7 承載力確定

濕陷性黃土經(jīng)過灰土擠密樁處理后，地基承載力通常由現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試確定，也可根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗(yàn)確定。

當(dāng)通過靜載荷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制Q-S曲線，確定地基承載力時(shí)，可取曲線上的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載做為承載力的特征值：當(dāng)Q-S曲線上的拐點(diǎn)不明顯時(shí)，可按相對(duì)沉降S與承壓板寬度b的比值所對(duì)應(yīng)的荷載確定。

灰土擠密樁地基：S/b=0.006-0.008。

當(dāng)缺少試驗(yàn)資料時(shí)，處理后的濕限性黃土（復(fù)合地基）的承載力，一般可取其處理前的2.0～2.5倍，但不宜大于220kPa。根據(jù)地基處理后的現(xiàn)場(chǎng)靜荷載試驗(yàn)確定承載力的設(shè)計(jì)值，并對(duì)復(fù)合地基承載力特征值進(jìn)行修正。下臥層頂面的承載力應(yīng)符合下式要求：

Pz+Pcz≤fz（4）

式中：Pz為灰土擠密樁底面（即下臥層頂面）的附加應(yīng)力（kPa）；Pcz為灰土擠密樁底面上覆土的自重壓力（kPa）；fz為灰土擠密樁底面經(jīng)深度修正后的承載力設(shè)計(jì)值（kPa）。

經(jīng)過以上步驟計(jì)算，采用直接擠密成孔，樁徑0.5m，孔距1.0m，等邊三角形布樁。處理深度至強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾砂巖，灰土擠密樁長5.0～8.0m，處理后地基承載力不小于130kPa。

3 地基處理設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

3.1 強(qiáng)夯處理設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)強(qiáng)夯參數(shù)時(shí)，可通過試夯法來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，將夯能設(shè)定在2000kN·m，并且，兩個(gè)夯點(diǎn)之間設(shè)定的距離為6m，夯點(diǎn)的布置方式呈正矩形排列布置，在進(jìn)行試夯時(shí)，前兩遍采用點(diǎn)夯的方法，第三遍采用滿夯的方法，在統(tǒng)計(jì)點(diǎn)夯次數(shù)時(shí)，要將最后兩次的夯沉量不大于5cm為有效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，兩次夯擊需要通過交錯(cuò)的方式進(jìn)行，在檢測(cè)滿夯次數(shù)時(shí)要在第二次試夯之后的7d內(nèi)完成所有檢測(cè)，也可以在深度不小于4m下完成抽樣、完成檢測(cè)，如果抽樣的數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求則視為合格。另外，在設(shè)定強(qiáng)夯數(shù)值時(shí)，可先考察附近相同類型的工程場(chǎng)地賦值情況，然后再根據(jù)已用數(shù)值調(diào)教自用數(shù)值，但是，調(diào)教后的數(shù)值必須符合設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)需求。

3.2 灰土樁及灰土墊層處理設(shè)計(jì)

在灰土擠密樁對(duì)地基進(jìn)行加固處理的過程中，設(shè)計(jì)樁徑為600mm，采用鉆孔成孔進(jìn)入持力層內(nèi)50cm的位置，對(duì)樁的布設(shè)方式定為正方形，距離保持為1.6m，待這些基本的因素確定后，采用生石灰和水按照3：7進(jìn)行充分拌和后注入孔中，采用重錘進(jìn)行壓實(shí)，對(duì)于重錘的作用力應(yīng)該不小于8kN，不超過15kN，下落的高度應(yīng)該超過2m，在充分夯實(shí)后，應(yīng)該進(jìn)行灰土墊層填料的鋪設(shè)，厚度應(yīng)該大于50cm，在經(jīng)過多次的夯實(shí)后，形成對(duì)應(yīng)的復(fù)合地基，從而確保地基的穩(wěn)定性。

3.3 地基處理工程量

對(duì)本工業(yè)廠區(qū)的工程總體進(jìn)行強(qiáng)夯處理，強(qiáng)夯總面積為7783.73m2，其設(shè)計(jì)灰土樁孔徑為600mm，灰土樁的布置方式呈正矩形，每條邊朝外側(cè)擴(kuò)充1排灰土樁體。其工業(yè)廠區(qū)的污水處理池所需要的灰土樁數(shù)量為320顆，每個(gè)灰土樁的長度為4.5m，總注入長度為1440m。對(duì)于處理整個(gè)灰土墊層的工程量而言，需要對(duì)其強(qiáng)夯的夯入深度估值，工業(yè)廠區(qū)的污水沉淀池的基礎(chǔ)掩埋深度較深，所需的回填碾壓量為343m3，工業(yè)廠區(qū)的車間與循環(huán)水池的基礎(chǔ)掩埋深度較淺，合計(jì)回填碾壓量為3947.42m3。此工程合計(jì)需要回填碾壓量為4290.42m3。

4 結(jié)語

該工程項(xiàng)目采用灰土擠密樁對(duì)地基進(jìn)行了處理，通過上文的分析和現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，復(fù)合地基的承載力得到了明顯的提升，已經(jīng)大于了130kPa，地基的濕陷系數(shù)都沒有超過0.015，有效的消除了濕陷性對(duì)地基的影響。由此可見，通過灰土擠密樁的處理，使地基的承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)值的要求。