山地地區(qū)雙樁組合法處理濕陷性黃土

徐有娜， 王文哲， 涂序超， 龐振飛

(1.建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院有限公司， 北京 100007； 2.龍源(北京)風(fēng)電工程設(shè)計咨詢有限公司， 北京 100032；3.桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院， 廣西 桂林 541004； 4.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司， 廣東 深圳 518100)

濕陷性黃土浸水后，原來的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞，黃土顆粒間發(fā)生物理和化學(xué)變化，土體強(qiáng)度降低，主要表現(xiàn)為地基發(fā)生濕陷性變形和整體下沉或不均勻沉降，地基承載力大幅下降，嚴(yán)重影響建筑物的安全使用。國內(nèi)用于處理濕陷性黃土問題的主要辦法有擠密樁法[1,2]、夯實法[3]、土體加固法[4]。周茗如等[5]研究了水泥漿注漿在濕陷性黃土中的加固機(jī)理，得出了水泥漿液能有效加固黃土，在壓力作用下能快速對黃土濕陷性進(jìn)行補(bǔ)償。吉任等[6]探究了水泥土擠密樁在含鹽濕陷性黃土的處理效果，水泥土擠密樁可以減小黃土濕陷性并提高地基承載力。李本挺等[7]通過現(xiàn)場探井取樣評價場地處理后黃土的土體性質(zhì)，灰土擠密樁處理過后的黃土地基孔隙比減小，干密度增大，濕陷性消除。劉明軍等[8]通過素土擠密樁的方式處理濕陷性黃土，素土擠密樁可以有效地消除黃土的濕陷性，降低壓縮性。王雪艷[9]研究碎石樁加固濕陷性黃土，對其承載力和沉降變形的影響，碎石樁對深度3 m以內(nèi)的樁間土有較好的擠密效果，可有效消除濕陷性。

以河北張家口市某工程為研究對象，對素土擠密樁和CFG雙樁組合法處理濕陷性黃土后的地基進(jìn)行靜載試驗和輕型圓錐動力觸探試驗，并對地基處理完成后的樓座進(jìn)行沉降監(jiān)測。

1 工程概況

1.1 場地條件

該項目位于河北省張家口市橋東區(qū)楊家墳二五一醫(yī)院東側(cè)，項目為17棟住宅樓加地下車庫?？辈旃ぷ縻@探最大揭露深度為54 m，場地存在粉土狀黃土，結(jié)合本次勘察室內(nèi)土工試驗資料及區(qū)域地質(zhì)資料可知，擬建場地內(nèi)粉土、粉質(zhì)黏土層具輕微～中等濕陷性，不具自重濕陷性，濕陷系數(shù)為0.015～0.069，經(jīng)計算得勘探點(diǎn)濕陷量均小于700 mm，地基濕陷等級判定為Ⅰ～Ⅱ級，且隨深度加深總體上呈減弱趨勢，濕陷層最大深度至地表下12.20 m處，有必要對場地進(jìn)行地基處理。

1.2 濕陷性黃土處理深度的選取

地質(zhì)勘察階段從現(xiàn)地面探井取樣，通過土工試驗得到6號樓基底下部濕陷性黃土濕陷系數(shù)隨深度的分布情況如圖1所示，黃土的分布深度與黃土的濕陷性有著密切的關(guān)系。從圖1可以看出，隨著黃土的深度增加，黃土濕陷系數(shù)逐漸降低，最大濕陷系數(shù)為0.069，濕陷系數(shù)較大的濕陷性黃土主要分布在2～6 m之間，因為這一深度的土層形成較晚，受外界環(huán)境影響的變化較小；當(dāng)濕陷系數(shù)小于0.015時，可認(rèn)為黃土沒有濕陷性，本地區(qū)非濕陷性黃土在勘探范圍的深度內(nèi)均有分布，而濕陷性黃土的分布深度主要集中在1～12 m之間。在地基處理工程中，若要消除黃土的濕陷性，只需要處理地面以下12 m深度以內(nèi)的濕陷性黃土即可。

2 素土擠密樁及CFG樁設(shè)計

本工程采用素土擠密樁和CFG樁組合消除濕陷性黃土的影響并提高地基承載力。將填土層全部挖除至原狀黃土，施工素土擠密樁。素土擠密樁樁徑600 mm，樁孔按正三角形布置，樁間距1 300 mm，樁長5 m。其上采用素土換填碾壓密實至設(shè)計基底標(biāo)高20 cm，素土換填壓實系數(shù)不小于0.96。CFG樁樁徑400 mm，按正方形布樁，樁間距1 800 mm，一般樁長12 m。CFG樁成孔遇風(fēng)化巖入巖1 m即可停止。素土擠密樁和CFG樁及地基檢測點(diǎn)分布圖如圖2所示。

圖1 濕陷性系數(shù)隨土層深度變化圖圖2 6號樓樁位布置及檢測點(diǎn)布置圖

3 試驗結(jié)果分析

3.1 鉆探取土濕陷性試驗分析

在6號地庫的素土擠密樁施工完成后，檢測布設(shè)13個樁間取土檢測點(diǎn)，采用勘探鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)干作業(yè)工藝，在處理影響深度范圍內(nèi)自上而下按照豎向間距1.0 m?、窦壴瓲钔翗?，依據(jù)檢測布設(shè)的13個點(diǎn)的土樣室內(nèi)濕陷性土工試驗，試驗結(jié)果和取樣過程如圖3和圖4所示。由圖3可知，在素土擠密樁處理深度范圍內(nèi)，13個檢測點(diǎn)的土樣濕陷系數(shù)均小于0.015，根據(jù)濕陷性的規(guī)定可知各點(diǎn)影響深度范圍內(nèi)的土樣均不具有濕陷性，且大多數(shù)土樣的濕陷系數(shù)小于0.005，處理效果十分明顯。本項目采用素土擠密樁能很好地消除黃土地基的濕陷性，滿足設(shè)計要求。

圖3 檢測點(diǎn)土樣濕陷系數(shù)隨土層深度變化圖

3.2 輕型圓錐動力觸探試驗分析

輕型圓錐動力觸探對比試驗利用一定的錘擊能量(錘質(zhì)量10 kg)，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入素土擠密樁體、樁間土及未施工素土擠密樁濕陷性區(qū)域，探現(xiàn)場試驗圖如圖5所示。根據(jù)樁體、樁間土檢測點(diǎn)貫入錘擊數(shù)，與對比點(diǎn)貫入錘擊數(shù)對比，判定素土擠密樁施工區(qū)域地基擠密效果。在施工完成后，按施工完成總樁數(shù)1%比例檢測布設(shè)了102個原位測試檢測點(diǎn)(素土擠密樁體及樁間各51個點(diǎn)，共102個點(diǎn))，并在未進(jìn)行素土擠密樁消除濕陷性區(qū)域布設(shè)1個原位測試對比點(diǎn)。通過將102個原位測試檢測點(diǎn)與1個原位測試對比點(diǎn)擊數(shù)數(shù)據(jù)對比分析評價擠密效果。

與未處理點(diǎn)相比，經(jīng)過素土擠密樁地基處理后在相同深度范圍內(nèi)，輕型動力觸探試驗擊數(shù)一般都會增加，增加范圍約在0～50擊之間。說明處理后的土體更加密實，地基承載力有所提高，且N10擊數(shù)均大于25擊，符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，滿足設(shè)計要求。6號樓地基輕型圓錐動力觸探對比曲線如圖6所示。

3.3 單樁靜載檢測試驗數(shù)據(jù)分析

6號樓復(fù)合地基有單樁檢測試驗點(diǎn)3個、復(fù)合地基檢測試驗點(diǎn)3個。將6號樓復(fù)合地基的CFG樁單樁豎向抗壓靜載檢測試驗的試驗數(shù)據(jù)繪制成荷載-沉降曲線如圖7所示。

由圖7可知，本次6號樓試驗的3根CFG樁DS6-D1、DS6-D3、DS6-D4的荷載-沉降曲線為緩變型曲線，樁處于彈塑性變形階段。本次試驗的最大荷載為1 000 kN，3根樁對應(yīng)最大試驗荷載的沉降分別為5.74 mm、6.32 mm、3.77 mm，可知3根試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力大于1 000 kN，由此可知3根試驗樁的單樁豎向抗壓承載力特征值大于500 kN，滿足設(shè)計要求。當(dāng)試驗荷載達(dá)到單樁豎向抗壓承載力特征值時，3根樁對應(yīng)的沉降分別為：DS6-D1為1.31 mm 、DS6-D3為1.66 mm、DS6-D4為1.10 mm。

3.4 復(fù)合地基靜載檢測試驗數(shù)據(jù)分析

將6號樓復(fù)合地基的CFG樁復(fù)合地基豎向抗壓靜載檢測試驗的數(shù)據(jù)繪制成荷載-沉降曲線如圖8所示。

由圖8可以看出，6號樓復(fù)合地基檢測試驗的3個點(diǎn)的荷載-沉降曲線均為緩變型，加載過程復(fù)合地基處于彈塑性變形階段。6號樓復(fù)合地基要求達(dá)到的豎向抗壓承載力250 kPa，本次試驗的最大荷載為494 kPa，約為設(shè)計荷載的2倍，誤差不超過2%；復(fù)合地基豎向抗壓承載力特征值按極限荷載的1/2取值，即可取250 kPa；當(dāng)荷載為494 kPa時3個點(diǎn)的沉降量分別為15.02 mm、15.15 mm、22.17 mm。由于荷載-沉降曲線為緩變型，若按相對變形取值，s為復(fù)合地基靜載荷試驗泵壓板的沉降量，b為承壓板寬板，對于6號樓地基土體，可取s/b等于0.01時所對應(yīng)壓力，即取s=16 mm時所對應(yīng)的荷載為復(fù)合地基豎向抗壓承載力特征值，由圖可知s=16 mm時3個點(diǎn)對應(yīng)的特征值均大于250 kPa。依據(jù)規(guī)范里的2種規(guī)定，均滿足設(shè)計要求。當(dāng)實驗荷載為247 kPa時，3個點(diǎn)的沉降量分別為4.21 mm、4.42 mm、6.81 mm。

4 實測數(shù)據(jù)對比分析

在6號樓四周布置10個樓座沉降監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測6號樓至封頂階段內(nèi)樓座的沉降量，監(jiān)測點(diǎn)沉降位移曲線圖如圖9所示。由圖可知，沉降位移曲線先陡增后趨于平穩(wěn)。這是由于上部樓層荷載增加，導(dǎo)致樓座沉降量劇增，封頂階段上部荷載不變，沉降量趨于穩(wěn)定。所有監(jiān)測點(diǎn)沉降位移均先增大后趨于平穩(wěn)，最大實測沉降位移為監(jiān)測點(diǎn)6-4，沉降值5.82 mm，接近于試驗測得的沉降量6.81 mm。

圖8 6號樓復(fù)合地基荷載-沉降曲線圖圖9 6號樓監(jiān)測點(diǎn)沉降位移曲線圖

5 結(jié) 語

(1)采用素土擠密樁和CFG樁組合式樁處理濕陷性黃土，可知組合樁可以改量土的物理力學(xué)性質(zhì)，使處理后的地基土濕陷性降低至0.015以下，很好地消除了黃土的濕陷性。通過輕型圓錐動力觸探試驗可知素土擠密樁處理后土體更加密實，擊數(shù)一般比對比未處理點(diǎn)增加0～50擊，且擊數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

(2)組合式樁處理后地基土單樁承載力和復(fù)合地基承載力得到提高，承載力均滿足規(guī)范要求，處理方法設(shè)計合理。