振沖砂石樁法在膨脹土地基處理中的應(yīng)用
——以安康機(jī)場(chǎng)遷建項(xiàng)目為例

王 麗 （陜西交通建設(shè)集團(tuán)公司榆靖分公司，陜西 榆林 719000）

0 前言

我國(guó)的膨脹土分布廣泛，膨脹土變形與破壞具有反復(fù)性、多發(fā)性和長(zhǎng)期潛在性等特點(diǎn)，常常導(dǎo)致膨脹土地區(qū)建筑物基礎(chǔ)升降、建筑物及地坪開(kāi)裂變形甚至破壞等[1-3]。因此對(duì)膨脹土進(jìn)行研究十分必要，膨脹土膨脹的本質(zhì)就是膨脹土中存在親水性黏土礦物，黏土礦物含量越多，膨脹性也就越強(qiáng)，對(duì)工程的破壞和影響作用也就越大。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)膨脹土進(jìn)行了許多方面的研究，徐永福等[4]研究了膨脹土含水率、干密度、上覆壓力對(duì)膨脹量的影響；劉靜德等[5]對(duì)南水北調(diào)中線強(qiáng)膨脹巖重塑樣進(jìn)行了膨脹率試驗(yàn)，得到了膨脹率與干密度以及含水率的關(guān)系；譚羅榮等[6]研究了擊實(shí)膨脹土的膨脹力與膨脹率隨干密度、飽和度、含水量的變化規(guī)律；韋秉旭[7]進(jìn)行了側(cè)限條件下膨脹土膨脹變形試驗(yàn)研究，研究了軸向加壓條件下，膨脹率與任一初始含水量，某一過(guò)程含水量和上部荷載之間的定量關(guān)系；丁振洲等[8]進(jìn)行了膨脹力變化規(guī)律的試驗(yàn)研究，對(duì)膨脹力隨增濕程度、干密度大小、起始含水率等因素的變化規(guī)律以及等同土樣進(jìn)行不同程度脫濕后的膨脹力變化規(guī)律開(kāi)展了試驗(yàn)研究；陳偉志等[9]進(jìn)行了低矮路堤下膨脹土現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)研究，研究了路基填土期、穩(wěn)載期及人工浸水期膨脹土地基表面與路基表面的變形；楊果林等[10]進(jìn)行了膨脹土側(cè)向膨脹力原位試驗(yàn)，得到了膨脹力與含水率關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式；馬麗娜等[11]進(jìn)行了客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)碴軌道地基泥巖原位浸水膨脹變形試驗(yàn)，研究了在不同上覆荷載、不同浸水深度下的地基泥巖的膨脹變形特性；王亮亮等[12]進(jìn)行了中強(qiáng)膨脹土的豎向膨脹力原位試驗(yàn)，研究豎向膨脹力隨時(shí)間、含水率增量、卸荷回彈量的變化規(guī)律。國(guó)內(nèi)學(xué)者的主要研究集中在室內(nèi)試驗(yàn)、原位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出單一地基處理模型，對(duì)于膨脹土地基復(fù)雜地區(qū)方面的研究較少，本文以安康機(jī)場(chǎng)遷建項(xiàng)目膨脹土地基為例，研究強(qiáng)夯法、強(qiáng)夯置換法及振沖砂石擠密樁3種地基處理方法的應(yīng)用，對(duì)類(lèi)似工程的地基處理提供借鑒。

1 工程場(chǎng)地概況

安康機(jī)場(chǎng)遷建項(xiàng)目是國(guó)家“十二五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目、財(cái)政部第二批PPP示范項(xiàng)目，第一個(gè)正式入庫(kù)的機(jī)場(chǎng)PPP項(xiàng)目，陜西省、安康市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。工程建設(shè)地安康市西北部的丘陵區(qū)，在余家寨以南、陳家營(yíng)以北，由東至西跨五里鎮(zhèn)（丁家營(yíng)、余河洞、朱家灣和愛(ài)國(guó)村）、大同鎮(zhèn)（聯(lián)合村、全勝村、江安村）兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。場(chǎng)地起伏相對(duì)較大，局部高差達(dá)433m，橫跨多條河流、溝道、土梁、臺(tái)地及堰塘。場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅵ類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為7度。

2 砂石樁的處理地基的原理及參數(shù)設(shè)置

振動(dòng)沉管砂石樁采用砂石（包括礫石、卵石、碎石）等散體材料，通過(guò)振動(dòng)沉管的方式，將散體材料振動(dòng)壓入土中，通過(guò)擠密、排水、直接提供承載等方式，形成具有一定深度和較大直徑的較大直徑的密實(shí)砂石樁與天然地基形成的人工地基，提高地基的承載力，減少沉降量，防止地震液化，增加地基的整體穩(wěn)定性。具有代表性的場(chǎng)地參數(shù)設(shè)置如表1。

振動(dòng)沉管砂石擠密樁布置形式 表1

3 膨脹土的巖土測(cè)試指標(biāo)分析

試驗(yàn)區(qū)承載力 表2

3.1 地基承載力測(cè)試

沉管擠密砂石樁共4個(gè)試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行2個(gè)單樁靜載試驗(yàn)及2個(gè)單樁地基靜載試驗(yàn)，得出試驗(yàn)區(qū)承載力（表2）和砂石樁地基處理承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表（表3）。

砂石樁地基處理承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表 表3

復(fù)合地基承載力由墩體承載力特征值fDk及墩間土承載力特征值fsk對(duì)復(fù)合地基承載力特征值fsDk進(jìn)行換算，換算式如下：

fsDk=mfDk+（1-m）fsk

3.2 動(dòng)力觸探試驗(yàn)

在每個(gè)試夯區(qū)的3個(gè)主夯點(diǎn)及3個(gè)點(diǎn)夯間中心位置進(jìn)行了重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，其分層砂石樁試驗(yàn)區(qū)動(dòng)力觸探統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表5可以看出，各個(gè)試驗(yàn)區(qū)經(jīng)強(qiáng)夯處理后樁間土、樁體在0.0～4.0m范圍內(nèi)觸探擊數(shù)較原狀土有較大幅度的提高，相應(yīng)在較深的部位提高較少，因?yàn)樘烊煌翆颖容^密實(shí)。S2區(qū)樁間土底部提高幅度為負(fù)值，可能與S2試驗(yàn)區(qū)地層性質(zhì)有關(guān)系。

沉管擠密砂石樁試驗(yàn)區(qū)動(dòng)力觸探N63.5統(tǒng)計(jì)表 表4

沉管擠密砂石樁試驗(yàn)區(qū)動(dòng)力觸探擊數(shù)提高幅度統(tǒng)計(jì)表 表5

3.3 土工試驗(yàn)

為了查明不同樁長(zhǎng)、樁距處理后的效果，本次試驗(yàn)在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)的3樁中間中心位置進(jìn)行鉆孔取樣，每個(gè)區(qū)共鉆3個(gè)孔；為了和天然（填土）狀態(tài)下各土層的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，在4個(gè)試驗(yàn)區(qū)旁邊均鉆取3個(gè)鉆孔。

每個(gè)鉆孔從地面起向下每隔1.0m取夯前土1件進(jìn)行常規(guī)土工試驗(yàn)。根據(jù)鉆孔資料，本次4個(gè)區(qū)原狀土6.0m范圍內(nèi)主要為粉質(zhì)粘土，表層局部夾有磚塊等回填物，約在6.0m以下可見(jiàn)砂層，部分鉆孔可見(jiàn)卵石或泥巖層。

根據(jù)表6中各指標(biāo)的對(duì)比可以看出，施工后樁間土比施工前天然土在密度、孔隙比、壓縮模量等指標(biāo)上均有提高，但提高幅度不大；樁距越小，提高幅度越大；深度越大，提高幅度越小。

4 結(jié)論

①沉管砂石樁相比天然氣地基提供約75.36%，砂石樁樁距和樁長(zhǎng)增加的條件下，復(fù)合地基承載力提高約10%，綜合考慮施工效果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，砂石料使用要求高，容易在內(nèi)部形成豎向排水通道，有利于地基沉降的穩(wěn)定；施工工藝復(fù)雜，造價(jià)較高，改善處理膨脹土效果不顯著的特點(diǎn)。

②沉管擠密砂石樁重型動(dòng)力觸探結(jié)果表明：各個(gè)試驗(yàn)區(qū)樁間土、樁體在0～4.0m范圍內(nèi)有較大幅度的調(diào)高，個(gè)別部位提高幅大很大，可能與動(dòng)力觸探試驗(yàn)距離樁的距離有關(guān)系，與樁越近擊數(shù)越大，也受到土中的砂石的影響。相應(yīng)在較深的部位提高較小，因?yàn)樘烊煌翆颖容^密實(shí)。S2區(qū)底部提高幅度為負(fù)值，可能與S2試驗(yàn)區(qū)地層性質(zhì)有關(guān)系。

③砂石樁施工后樁間土比施工前天然土在密度、孔隙比、壓縮模量等指標(biāo)上均有提高，但提高幅度不大；樁距越小，提高幅度越大；深度越大，提高幅度越小。

沉管擠密砂石樁試驗(yàn)區(qū)地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表 表6