大面積填土工業(yè)場(chǎng)地中夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基的應(yīng)用

趙世清

（山西國(guó)辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西陽(yáng)泉 045000）

1 概述

1.1 復(fù)合地基

復(fù)合地基是指天然地基在處理過(guò)程中，部分土體被增強(qiáng)或被置換，形成由地基土（天然地基土或被改良的填土地基土）和豎向增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的人工地基[1]。

1.1.1 夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基

夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基作為復(fù)合地基的一種，目前是我國(guó)北方地區(qū)加固軟土地基普遍采用的一種復(fù)合地基形式[2]。

夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基是將水泥和土按比例拌合均勻，在孔內(nèi)分層夯實(shí)形成豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基[1]。其由增強(qiáng)體——夯實(shí)水泥土樁、樁間土及褥墊層三部分共同承擔(dān)上部荷載的地基形式。

增強(qiáng)體——夯實(shí)水泥土樁屬于有粘結(jié)強(qiáng)度的樁，其粘結(jié)強(qiáng)度為中等，其地基加固機(jī)理可歸為兩類：①在夯擊成樁過(guò)程中對(duì)樁間土的擠密作用，使樁間土強(qiáng)度有一定程度的提高。②樁體加固范圍內(nèi)的置換作用，增強(qiáng)體內(nèi)水泥與土拌和后會(huì)產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，使樁體本身較原始土層有較高的強(qiáng)度，且具有水硬性。但其加固作用會(huì)根據(jù)不同地層情況而具有明顯的區(qū)別，且只適用于地下水以上的土層，在有些存在地下水的工程實(shí)例中，當(dāng)采取有效的降水措施后也可適用。

褥墊層多采用砂石，為柔性?？筛纳茝?fù)合地基淺層的受力狀態(tài)，保證增強(qiáng)體與樁間土共同承擔(dān)上部荷載，并可通過(guò)墊層厚度在一定范圍內(nèi)調(diào)整二者的受力比例。

1.1.2 承載力特征值

夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基的計(jì)算采用的是有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基計(jì)算公式見式（1）[1]。

式中：fspk——復(fù)合地基承載力特征，kPa；fsk——處理后樁間土承載力特征，kPa；λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)；m——面積置換率；Ra——單樁豎向承載力特征值，kN；Ap——樁的截面積，m2；β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)。

從式（1）可以看出當(dāng)樁體材料一定時(shí)，樁間土的擠密效果及置換率均與最終復(fù)合地基承載力承載力呈正相關(guān)，所以縮小樁間距以提高面積置換率、提高擠密效果是關(guān)鍵因素。

1.1.3 夯實(shí)水泥土樁優(yōu)勢(shì)

夯實(shí)水泥土樁成樁所選用的材料較簡(jiǎn)單，為土和水泥，在一般地區(qū)土料均為場(chǎng)地或場(chǎng)地附近原始土層取料，基礎(chǔ)開挖或鉆孔廢土均可使用（除特殊巖土外），水泥摻量較小。因此夯實(shí)水泥土樁成本低廉，性價(jià)比較高。其施工工藝簡(jiǎn)單，開孔、成樁工藝靈活，可根據(jù)場(chǎng)地等各方條件采用不同工藝。施工速度較快，在夯實(shí)過(guò)程中質(zhì)量控制較容易。因此夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基得到了普遍推廣使用。

1.2 柱錘沖擴(kuò)工藝

柱錘沖擴(kuò)工藝是在成孔及成樁過(guò)程中采用的是柱錘，在成孔時(shí)采用沖擴(kuò)技術(shù)，對(duì)樁間土的擠密范圍約為2~3 倍樁徑，對(duì)比于洛陽(yáng)鏟成孔、鉆機(jī)成孔，在沖孔過(guò)程中對(duì)原土層的擠密范圍更大、效果更優(yōu)；在施工中一般使用的柱錘（質(zhì)量≥3.5t），對(duì)比于傳統(tǒng)夯擊錘（質(zhì)量為0.1~0.3t）質(zhì)量更大，柱錘夯擊能也更大，在成樁過(guò)程中更易將填料擠入樁側(cè)土層[3]。

因此擬在夯實(shí)水泥土樁時(shí)采用柱錘沖擴(kuò)工藝可提高整體復(fù)合地基承載力。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

2.1.1 場(chǎng)地地形地貌及建筑物概況

平舒煤業(yè)翟下莊風(fēng)井廣場(chǎng)瓦斯抽放泵站因位于壽陽(yáng)縣翟下莊區(qū)域內(nèi)，整個(gè)場(chǎng)區(qū)為低山山麓斜坡與河谷沖溝相結(jié)合的地貌單元。瓦斯抽放泵站位于原始河谷地帶。場(chǎng)地整平后，下部為厚層雜填土，雜填土層隨著與原始山體距離逐漸增大，自西北向東南逐漸加深，最深處達(dá)20m。

因場(chǎng)地條件限制，瓦斯抽放泵站及其管道等建（構(gòu)）筑物只能布置于填方區(qū)域，根據(jù)設(shè)計(jì)平面定位，建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)輪廓線區(qū)域持力層為厚層雜填土，最深處為7.0m。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求瓦斯抽放泵站基礎(chǔ)埋深為1.5m，要求地基承載力特征值為190kPa。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本設(shè)計(jì)基底置于雜填土層上，原始土層承載力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此需要進(jìn)行地基處理提高地基承載力。

2.1.2 場(chǎng)地巖土構(gòu)成及工程特征

場(chǎng)地巖土層自上而下依次為厚層雜填土及下部砂巖層（見圖 1）。

圖1 土層剖面圖

①雜填土層：主要為近期回填的粉土、碎石，回填方式為自然堆填，土層較松散且不均勻，以粉土為主，硬雜質(zhì)含量約為20%，厚度為4.0~20.0m，瓦斯抽放泵站及其管道等建（構(gòu)）筑物區(qū)域內(nèi)雜填土層厚度為4.0~7.0m，地基承載力特征值為60kPa（標(biāo)貫統(tǒng)計(jì)見表1）。

表1 原位測(cè)試統(tǒng)計(jì)

②砂巖層：表層為全風(fēng)化層，呈碎屑結(jié)構(gòu)，薄層狀改造，入巖2m 以上為中風(fēng)化，主要以石英、長(zhǎng)石為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理較發(fā)育。巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)，為較硬巖。

2.1.3 地震

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）附錄A，本場(chǎng)區(qū)所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)區(qū)地震特征周期值為0.40s，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類。

2.2 復(fù)合地基設(shè)計(jì)

2.2.1 初步設(shè)計(jì)

地基處理以提高承載力及減少工后沉降為主，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，選用較經(jīng)濟(jì)的地基處理方式，夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基。

為了提高樁體強(qiáng)度、增強(qiáng)對(duì)樁間土的擠密作用，在成孔及成樁工藝時(shí)擬采用柱錘沖擴(kuò)技術(shù)。選用直徑377mm，質(zhì)量為4t 的柱錘。

按照本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)單樁承載力特征值暫定200kN 計(jì)算，為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，采用樁徑400mm 夯實(shí)水泥土樁，正三角形布置，樁中心距為3 倍樁徑1.20m。計(jì)算得到：

經(jīng)初步計(jì)算可滿足設(shè)計(jì)要求。

樁體材料選用水泥與土料混合料，水泥采用42.5 普通硅酸鹽水泥，土料采用黃土，配合比（體積比）暫定為1:12.8[4]，要求樁身強(qiáng)度特征值不小于2.0MPa。根據(jù)此配合比在拌合站集中拌和，隨拌隨用。

孔內(nèi)填料分層回填夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，壓實(shí)系數(shù)最小值不小于0.93。

樁頂標(biāo)高以上設(shè)置褥墊層，褥墊層厚度240mm，填料選用砂類土，要求填料中摻有碎石的含量不大于10%。填料不得含有淤泥質(zhì)土、耕植土、凍塊、膨脹土、有機(jī)質(zhì)及生活垃圾；填料最大粒徑不得大于20mm；不應(yīng)含有尖銳棱角的粗顆粒。質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：夯填度不大于0.9。褥墊層鋪設(shè)采用靜力壓實(shí)法，墊層應(yīng)擴(kuò)出樁外側(cè)邊緣不小于300mm。

2.2.2 試樁

進(jìn)行大面積工程樁的施工前進(jìn)行3 個(gè)區(qū)域（A、B、C 區(qū)）的試樁。試樁區(qū)域主要選擇在鉆孔揭露填土厚度不同的兩個(gè)區(qū)域。試樁選取5m×5m 試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行工藝性試樁，在配合比、樁長(zhǎng)、樁體直徑進(jìn)行比較。分別選取400mm、500mm 直徑樁體，正三角形布置，樁間距均為1.20m，試樁區(qū)布樁見圖2，樁長(zhǎng)7m，材料配合比1:7.5、1:12.8 進(jìn)行試樁。B 區(qū)為初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域，A 區(qū)、C 區(qū)為參照區(qū)域（見表2、表3）。

圖2 試樁區(qū)布樁

表2 試樁參數(shù)

表3 柱錘沖擴(kuò)參數(shù)

2.3 施工

（1）柱錘沖擴(kuò)成孔。柱錘沖擴(kuò)成孔工藝起重機(jī)具采用步履式夯擴(kuò)樁機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)雜填土土質(zhì)且無(wú)地下水，采用沖擊成孔。將柱錘提升一定高度，自動(dòng)脫鉤下落沖擊土層，如此反復(fù)沖擊，接近設(shè)計(jì)成孔深度時(shí)，可在孔內(nèi)填少量粗骨料繼續(xù)沖擊，直到孔底被夯密實(shí)。

試樁現(xiàn)場(chǎng)施工中，C 區(qū)域邊界處5 根樁出現(xiàn)局部塌孔現(xiàn)象，改采用了填料沖擊沖孔，邊沖擊邊將填料擠入孔壁及孔底。其余部分均未出現(xiàn)異常。

（2）成樁?，F(xiàn)場(chǎng)周邊填土料主要為粉土內(nèi)含雜質(zhì)，樁體土料選用現(xiàn)場(chǎng)周邊基坑開挖棄土，其雜質(zhì)含量較高，過(guò)篩后原土使用率大約為40%。樁體材料使用現(xiàn)場(chǎng)拌合，隨拌隨用。

（3）成孔和填料夯實(shí)的施工順序，宜間隔進(jìn)行。

（4）在鋪設(shè)墊層前，將設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上的預(yù)留土層挖除，且避免擾動(dòng)原土層，隨后鋪設(shè)墊層并壓實(shí)。

（5）施工完成14d 后進(jìn)行復(fù)合地基檢驗(yàn)。

2.4 試樁檢驗(yàn)及結(jié)果分析

經(jīng)檢驗(yàn)三個(gè)區(qū)域樁體均完整，且達(dá)到試樁設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)試樁后，三個(gè)區(qū)域的復(fù)合地基承載力均滿足檢測(cè)要求。具體情況見表 4、表 5。

表4 單樁復(fù)合地基靜載荷結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表5 復(fù)合地基樁間土原位試驗(yàn)測(cè)試統(tǒng)計(jì)

根據(jù)單樁復(fù)合地基靜載荷結(jié)果，三個(gè)試樁區(qū)域復(fù)合地基承載力特征值均大于設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，樁體配合比均滿足初步設(shè)計(jì)要求的樁身強(qiáng)度特征值≥2.0MPa。水泥摻入量與復(fù)合地基承載力特征值呈正比。配合比1:12.8 樁體樁身強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)要求，且水泥用量較少。

樁體直徑增大有利于復(fù)合地基承載力特征值提高，且沉降有所減少。

三個(gè)試樁區(qū)域的復(fù)合地基承載力所對(duì)應(yīng)的沉降值差距不明顯。且都屬于設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

經(jīng)過(guò)樁間土原位試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，樁間土的擠密效果良好，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，處理后的樁間土承載力特征值約為原始土層的1.24 倍?？稍谟?jì)算復(fù)合地基承載力特征值時(shí)適當(dāng)考慮樁間土的提高系數(shù)，或作為保守量。

本文研究以格賴斯的合作原則為理論基礎(chǔ)，根據(jù)模糊限制語(yǔ)的定義和分類，通過(guò)深入研究英文災(zāi)難新聞的真實(shí)語(yǔ)料，對(duì)模糊限制語(yǔ)的運(yùn)用進(jìn)行分析，然后討論英文新聞中模糊限制語(yǔ)的語(yǔ)用功能。

因此，在所有方案均可滿足設(shè)計(jì)的情況下，建議采用較經(jīng)濟(jì)的方案。

2.5 設(shè)計(jì)調(diào)整

根據(jù)試樁結(jié)果，采用樁徑為400mm，樁間距為1.2m，正三角形布置的樁型，置換率為0.105。樁體材料配合比（體積比）為1:12.8，每米水泥用量約為27kg。

復(fù)合地基施工工藝均按照試樁時(shí)施工工藝進(jìn)行，在施工過(guò)程中，注意樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上須預(yù)留覆蓋層0.5m，并在墊層施工前進(jìn)行挖除。

2.5.1 復(fù)合地基平面布置

在建筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置，基礎(chǔ)外邊緣距離最外一排樁中心的距離為0.5~0.7m＞樁徑0.4m，地基處理平面圖見圖3。

圖3 地基處理平面圖

2.5.2 樁長(zhǎng)布置

根據(jù)場(chǎng)地填土層厚度不同，將地基區(qū)域根據(jù)不同樁長(zhǎng)分為3個(gè)區(qū)域（由西北至東南方向遞增）（圖4）：①區(qū)域設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為4.30m。②區(qū)域設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為5.30m。③區(qū)域設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為7.00m。樁長(zhǎng)控制因素為樁端置于基巖層，若在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)提前見基巖層，則可終孔。但因樁底基巖可能受擾動(dòng)影響，在成孔見基巖層時(shí)，須進(jìn)行夯擊處理，以保證樁端阻力的發(fā)揮。

圖4 布樁剖面圖

3 結(jié)論及分析

3.1 結(jié)論

本場(chǎng)區(qū)復(fù)合地基施工后按照規(guī)范要求進(jìn)行了復(fù)合地基質(zhì)量檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。整體造價(jià)較低，施工速度較快且達(dá)到了良好的效果。

3.2 分析

（1）本場(chǎng)區(qū)采用的夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基能滿足設(shè)計(jì)在承載力及沉降兩方面的要求。

（2）柱錘沖擴(kuò)成孔技術(shù)的應(yīng)用相較于鉆孔、洛陽(yáng)鏟成孔方式對(duì)樁間土的擠密效果更加明顯。

（3）在成孔過(guò)程中，可能遇到縮頸及塌孔現(xiàn)象，發(fā)生時(shí)可采用復(fù)打成孔及套管成孔法。

（4）根據(jù)試樁報(bào)告，各試驗(yàn)點(diǎn)的壓力沉降曲線（p-s）均為平滑曲線，沒有出現(xiàn)陡降段的起始點(diǎn)，且s/d=0.01 對(duì)應(yīng)壓力值均大于1/2 最大加載壓力，因此分析得出，夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基的承載力還可進(jìn)一步的提高，望在今后的實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步總結(jié)，形成本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)體系。