談鉆孔夯擴(kuò)擠密樁在太原東山黃土地區(qū)的應(yīng)用

解 志 浩

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

1 概述

濕陷性黃土是我國(guó)分布較廣泛的區(qū)域性特殊土，由于其特有的結(jié)構(gòu)特性，使?jié)裣菪渣S土在受水浸濕和力的作用條件下會(huì)產(chǎn)生較大的附加變形，從而對(duì)建筑的正常使用產(chǎn)生不利影響。濕陷性黃土地基處理的目的主要在于改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，消除或減少地基因偶然浸水而造成的濕陷變形。在濕陷性黃土地區(qū)常用的地基處理方法有墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、預(yù)浸水法和化學(xué)加固法，對(duì)于處理深厚黃土則主要采用擠密法進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的擠密法成孔方法主要采用沖擊、沉管等方法，由于受到地基土層和施工機(jī)具的限制，處理深度一般為5 m～15 m。而鉆孔夯擴(kuò)擠密樁采用長(zhǎng)螺旋鉆鉆孔，圓錐形重錘分層夯實(shí)填料，處理深度可達(dá)25 m～30 m。

2 處理原理

鉆孔夯擴(kuò)擠密樁是在土擠密樁基礎(chǔ)上改進(jìn)的樁型，采用長(zhǎng)螺旋鉆成孔，填料可采用土、灰土、水泥土、干硬性混凝土等，分層填料，用不小于1.5 t的重錘(錘尖角度約30°)進(jìn)行分層夯實(shí)夯擴(kuò)，使樁徑由成孔直徑夯擴(kuò)達(dá)到設(shè)計(jì)直徑，從而改善樁間土力學(xué)性能，使處理后的夯擴(kuò)樁與擠密的樁間土共同承擔(dān)上部荷載。

3 處理特點(diǎn)

1)由于采用長(zhǎng)螺旋鉆成孔，相比傳統(tǒng)成孔工藝(沖擊、沉管)，處理深度增加，施工速度提高，成樁樁徑增大，施工噪聲和振動(dòng)降低。

2)采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)也比傳統(tǒng)成孔機(jī)具容易穿過(guò)黃土中普遍存在一些硬夾層(卵礫石夾層、姜石夾層)或局部含水率偏高地層。

3)根據(jù)地基處理的目的和要求，選用不同的樁體材料，使該種地基處理方法應(yīng)用范圍更加廣泛。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

太原東山某工程，地上17層，地下2層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，要求地基承載力特征值達(dá)到350 kPa，同時(shí)消除地基土濕陷性。

4.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

勘察期間勘察深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水。

4.3 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)勘察報(bào)告，本場(chǎng)地為自重濕陷性場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)，濕陷厚度約22 m。濕陷性黃土的主要物理力學(xué)指標(biāo)如下：天然含水量ω=8.2%～15.3%，天然重度γ=13.8 kN/m3～15.9 kN/m3,孔隙比e=0.975～1.245，壓縮系數(shù)a1-2=0.35～0.58，濕陷系數(shù)δ=0.029～0.087。

根據(jù)GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范,本建筑為甲類(lèi)建筑，應(yīng)消除全部濕陷量或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層。因本場(chǎng)地存在深厚濕陷性黃土層，且為自重濕陷性場(chǎng)地，如采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，上部約20 m厚黃土遇水后將產(chǎn)生向下作用的負(fù)摩阻力，采用此方案樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，工程造價(jià)高，經(jīng)討論確定采用鉆孔夯擴(kuò)擠密樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，填料采用體積比1∶4水泥土。成孔直徑400 mm，采用2.3 t重錘夯擴(kuò)至550 mm，有效樁長(zhǎng)22 m，樁距1 m，正三角形布樁，要求水泥土立方體試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期的抗壓強(qiáng)度不小于2.5 MPa，孔內(nèi)填料壓實(shí)系數(shù)平均值不小于0.97，單樁豎向抗壓承載力特征值不小于175 kN,復(fù)合地基承載力特征值不小于350 kPa。

4.4 試樁檢測(cè)

施工前先在場(chǎng)地外側(cè)布置三組試樁，共21根，試樁施工完成后28 d進(jìn)行試樁，根據(jù)設(shè)計(jì)要求共布置3根單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)；3組單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)；探井3個(gè)，井深22 m。

1)根據(jù)3根單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，最大加載量400 kN,沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，三根試樁的最大沉降量分別為10.21 mm,12.35 mm,9.32 mm，其荷載—沉降曲線呈緩變型，取最大加載量400 kN為該3根試樁的單樁豎向抗壓極限承載力，相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力特征值200 kN。

2)根據(jù)3組試樁的單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，最大加載壓力750 kPa，沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，3組試樁復(fù)合地基的最大沉降量分別為28.31 mm,19.75 mm,30.23 mm，其壓力—沉降曲線呈緩變型，按相對(duì)變形值s/d=0.008(即s=8.4 mm)對(duì)應(yīng)的荷載值分別為393 kPa,415 kPa,385 kPa，均大于最大加載壓力的1/2，取最大加載壓力的1/2即375 kPa為該3組試樁的單樁復(fù)合地基承載力特征值。

3)根據(jù)3個(gè)探井分別在3組試樁形心位置在樁長(zhǎng)深度范圍沿深度間隔1 m取樣室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，其濕陷系數(shù)δ均小于0.015，消除了濕陷性。

4)根據(jù)在3組試樁形心位置布置標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔試驗(yàn)結(jié)果，處理后第②濕陷性粉土層的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入平均擊數(shù)12.2擊，第③濕陷性粉土層的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入平均擊數(shù)16.3擊。是處理前土層的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)1.5倍～1.7倍。

5)施工完后對(duì)工程樁按規(guī)范進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，該工程水泥土樁單樁豎向抗壓承載力、復(fù)合地基承載力、樁間土的濕陷性檢測(cè)均達(dá)到設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的要求。

4.5 建筑沉降觀測(cè)

根據(jù)該建筑從基礎(chǔ)施工開(kāi)始至竣工的沉降觀測(cè)結(jié)果，其最大沉降量19.26 mm，最小沉降量15.74 mm，平均17.88 mm，沉降均勻，滿(mǎn)足規(guī)范和使用要求。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本工程的處理結(jié)果，可知鉆孔夯擴(kuò)擠密樁具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)可以處理深達(dá)25 m～30 m的深厚濕陷性黃土層，消除黃土濕陷性，提高樁間土的物理力學(xué)性能，施工速度較快，地層適應(yīng)能力較強(qiáng)，施工噪聲低。

2)可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用不同的樁徑、樁距、樁體材料達(dá)到不同的處理目的，適用范圍較廣。

3)通過(guò)充分利用和發(fā)揮原有地基土的承載力，結(jié)合增強(qiáng)體共同作用，達(dá)到提高承載力，減少建筑沉降的目的，從而降低了建筑造價(jià)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

總之，鉆孔夯擴(kuò)擠密樁是一種行之有效的地基處理方式，尤其在深厚黃土濕陷地區(qū)，針對(duì)小高層建筑地基處理的優(yōu)勢(shì)更加突出。