光 喜 彬

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西 太原 030024)

濕陷性黃土地基中灰土擠密樁的應(yīng)用分析

光 喜 彬

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西 太原 030024)

結(jié)合工程實(shí)例，以灰土擠密樁為對(duì)象，分析了其在濕陷性黃土地基中的作用機(jī)理，介紹了濕陷性黃土地基設(shè)計(jì)方法和處理效果，就目前濕陷性黃土地基灰土擠密樁施工中的不足提出了相應(yīng)的意見和建議，為濕陷性黃土地區(qū)中地基的處理提供參考。

地基，浸濕，濕陷性黃土，灰土擠密樁

0 引言

我國黃土地區(qū)分布十分廣泛，主要分布在西北的寧夏、青海、甘肅、陜西等省份，華北地區(qū)的山西、河北、河南等省份，分布面積約為我國國土面積的5%，分布十分廣闊。黃土地區(qū)土的典型特點(diǎn)為濕陷性，濕陷性指的是黃土在自身作用和附加荷載的作用下，由于水的存在使土體飽和而發(fā)生危害性沉降的性質(zhì)。為防止和避免因黃土的濕陷性給建筑物或結(jié)構(gòu)物帶來不均勻沉降、傾斜或開裂等危害，目前我國濕陷性黃土地區(qū)一般采用深層密實(shí)法、排水固結(jié)法、換填墊層法及化學(xué)加固等方法來處理和加固地基。其灰土擠密樁具有以土治土、深層加密、就地取材、原位處理及費(fèi)用較低等特點(diǎn)，在濕陷性嚴(yán)重的黃土地區(qū),使用灰土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土地基的加固處理,能夠有效消除土的濕陷性，大幅度地提高地基承載力,加快施工速度,減少工期,造價(jià)低廉，是處理黃土地區(qū)嚴(yán)重濕陷性災(zāi)害有效辦法之一，已在我國黃土地區(qū)大范圍使用。

1 灰土擠密樁的性質(zhì)

灰土擠密樁能夠廣泛應(yīng)用于黃土地區(qū)的原因?yàn)槠渚哂腥缦滦再|(zhì)：

1)灰土擠密樁為橫向擠密結(jié)構(gòu)樁，可消除黃土地區(qū)地基土的濕陷性，提高地基的承載能力，降低土的壓縮性。2)相對(duì)于換土墊層，無需大量的回填，避免大規(guī)模的土方開挖和土方回填，縮短工期、節(jié)省資源。3)處理深度較大，一般可達(dá)到10 m～15 m左右。4)灰土擠密樁多使用石灰、素土等較為廉價(jià)的材料，可就地取材，因而造價(jià)相對(duì)低廉，對(duì)環(huán)境污染較小。5)無需復(fù)雜施工設(shè)備，施工機(jī)械較為簡單、施工方便、效率高。

2 灰土擠密樁的工作機(jī)理

濕陷性黃土屬于特殊土質(zhì)，土質(zhì)較為均勻，但土體結(jié)構(gòu)疏松，孔隙比較大，干密度較小，含水率大，因浸水后土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞而產(chǎn)生附加變形。試驗(yàn)研究表明，當(dāng)黃土土體的干密度和其壓實(shí)度達(dá)到一定峰值時(shí)，黃土的濕陷性可以基本或完全消除。為治理黃土的濕陷性，灰土擠密樁充分利用上述機(jī)理，通過擠壓成孔使樁間土體得以壓密，從而減小孔隙比和含水率，增加黃土土體的干密度，形成承載力較高的人工復(fù)合地基。其加固具體原理如下：

1)土的側(cè)向壓密：灰土擠密樁成功過程中，孔位原土體被成孔設(shè)備強(qiáng)制壓密，同時(shí)使灰土樁周圍土體亦得以擠密，從而提高黃土土體的強(qiáng)度，避免或減小其濕陷性。通常擠密樁的影響半徑為1.5d～2.0d(d為樁的直徑)，試驗(yàn)研究表明，相鄰擠密樁的樁間土體具有疊加擠密現(xiàn)象，即樁間土的中點(diǎn)壓實(shí)度最大，擠密效果最好，合理的樁間距離應(yīng)為2d～3d(d為樁孔直徑)。土體的擠密效果與含水量有關(guān)，當(dāng)含水量位于最優(yōu)含水量附近時(shí)，土體呈塑性狀態(tài)，擠密效果較好；當(dāng)含水量偏低時(shí)，即小于塑限值，土體屬于固態(tài)或半固態(tài)，擠密影響區(qū)域變小，擠密效率偏低；當(dāng)含水量較大時(shí)，即大于液限值，土體呈流動(dòng)狀態(tài)，擠壓會(huì)引起超孔隙水壓力，擠壓力基本由孔隙水承擔(dān)，土體有效擠壓效率較低，且成孔過程中因土的粘滯性，拔管時(shí)會(huì)出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。

2)灰土的作用：灰土擠密樁由石灰和土以2∶8或3∶7體積比拌合后，將孔內(nèi)土體經(jīng)機(jī)械壓實(shí)擠密形成，這種混合材料具有氣硬性和水硬性，在空氣或遇水條件下會(huì)形成凝結(jié)膠體，土的固化作用會(huì)隨齡期的增長而增強(qiáng)。

3)樁體的作用：灰土擠密樁的變形模量約為樁間土變形模量的2倍～10倍，上部荷載會(huì)傳遞到擠密樁，使樁體產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而降低了基礎(chǔ)底面持力層的應(yīng)力，消除了持力層的壓縮變形和濕陷變形。另外，灰土樁對(duì)樁側(cè)土有側(cè)向約束作用，限制土的水平方向位移，使得樁間土的物理性質(zhì)發(fā)生改變，即土的干密度變大、孔隙率變小，使得承載力提高，消除了土的濕陷性。

3 設(shè)計(jì)要求

使用灰土擠密樁處理濕陷性黃土地基后，其地基承載力特征值應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行單樁或多樁荷載試驗(yàn)確定。若地基承載力特征值在設(shè)計(jì)初期不確定時(shí)，可借鑒臨近工程的相關(guān)土體物理參數(shù)，經(jīng)分析后用于設(shè)計(jì)計(jì)算。但使用灰土擠密樁處理后的地基承載力特征值，宜不大于處理前地基承載力特征值的2.0倍，且不宜大于250 kPa[5]。

灰土擠密樁一般采用等邊三角形排列樁孔，其設(shè)計(jì)計(jì)算一般包括以下幾方面：

1)樁孔直徑。宜為300 mm～450 mm，可由成孔設(shè)備或成孔方法確定。

2)樁孔間距。樁間距宜為樁孔直徑的2.0倍～2.5倍，或按如下公式估算：

3)灰土擠密樁范圍內(nèi)，土和擠密樁加固面積要大于建筑物基礎(chǔ)的面積，從而保證地基的整體穩(wěn)定性。

4)對(duì)于樁長設(shè)計(jì)，應(yīng)該考慮到采用較為簡便的方法來處理5 m以內(nèi)土層加固，一般情況下，加固15 m以上的土層受到成孔設(shè)備條件限制，因此處理深度一般為5 m～15 m。

5)對(duì)于樁孔內(nèi)部的填料，灰土擠密樁可選用與樁間土性質(zhì)相近的黃土或者就近挖運(yùn)的黃土類土，樁填料可使用體積配合比為2∶8或3∶7的消石灰與土混合土。

4 灰土擠密樁施工及驗(yàn)收方法

施工主要包括樁孔成孔和樁孔夯填。成孔方法有沉管法(錘擊或振動(dòng)方法)、沖擊法及爆擴(kuò)法等。成孔施工時(shí)地基土宜接近最優(yōu)含水量，若含水量低于12%時(shí)，應(yīng)摻水使土體能含水量達(dá)到最優(yōu)的含水量?？變?nèi)土體應(yīng)在施工前期夯實(shí)，選擇合理場地進(jìn)行有代表性的夯填技術(shù)試驗(yàn)，以確定最佳夯擊次數(shù)和最佳填料厚度及最佳含水量。進(jìn)行夯填試驗(yàn)時(shí)，樁間土的干密度、孔隙率等物理參數(shù)由現(xiàn)場原位試驗(yàn)獲取。

成樁結(jié)束后，應(yīng)對(duì)灰土擠密樁處理后地基的質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。抽樣檢驗(yàn)的數(shù)量，對(duì)一般工程不應(yīng)少于樁總數(shù)的1%，對(duì)重要工程不應(yīng)少于樁總數(shù)的1.5%。抽樣檢驗(yàn)的主要內(nèi)容有：施工記錄的檢查和樁間土的干密度檢測(cè)?；彝翑D密樁地基加固質(zhì)量竣工驗(yàn)收時(shí)，采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)加固或處理的地基承載力，檢驗(yàn)數(shù)量最少應(yīng)為總樁數(shù)的0.5%，且每項(xiàng)單體工程不應(yīng)少于3點(diǎn)[5]。

5 結(jié)語

灰土擠密樁具有以土治土、深層加密、就地取材、原位處理及費(fèi)用較低等特點(diǎn)，在濕陷性嚴(yán)重的黃土地區(qū),使用灰土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土地基的加固處理,能夠有效消除土的濕陷性，大幅度地提高地基承載力,加快施工速度,減少工期,造價(jià)低廉。目前該技術(shù)已經(jīng)很成熟，是處理黃土地區(qū)濕陷性問題的有效的方法，可在濕陷性等黃土地區(qū)廣泛應(yīng)用。但使用灰土擠密樁時(shí)，應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況、土的含水量及干密度等多方面因素，保證施工安全有效進(jìn)行。

[1] 龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2] 錢鴻晉.濕陷性黃土地基[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985.

[3] 王 臻.灰土擠密樁樁間土擠密效果的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2004:15-16.

[4] 孫霽月.灰土擠密樁處理濕陷性黃土地基的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007:6-8.

[5] GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[6] JGJ 79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 劉景政，楊素春，鐘冬波.地基處理與實(shí)例分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

On analysis of application of lime-soil compaction pile in collapsible loess foundation

Guang Xibin

(ShanxiChemicalDesignInstitute,Taiyuan030024,China)

Combining with the engineering examples, the paper analyzes the lime-soil compaction pile’s mechanism in the collapsible loess foundation, introduces the design methods and treatment effect of the collapsible loess foundation, and points out respective suggestions for the defects in the lime-soil compaction pile construction in the foundation, so as to provide the reference for the treatment of the foundation in the collapsible loess areas.

foundation, soaking, collapsible loess, lime-soil compaction pile

1009-6825(2015)16-0043-02

2015-03-28

光喜彬(1979- )，男，工程師

TU475.3

A