灰土挤密桩法处理湿陷性黄土地基初探

2010-05-24连少军

山西建筑 2010年25期

连少军

湿陷性黄土属于不良地质,先期稳定后,受水浸湿,土结构迅速破坏,并产生显著附加下沉[1],故在湿陷性黄土场地上进行施工时,应根据场地的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度,采取消除湿陷性的措施,防止地基上部结构主体产生危害,从而更好的进行基础设施建设[2,3]。灰土挤密桩法在处理湿陷性黄土地基、消除湿陷性等方面有比较明显的作用,本文将着重介绍灰土挤密桩挤密作用机理与影响处理效果的施工参数,并通过工程实例对处理效果进行验证。

1 黄土湿陷性分类标准

我国一直按假定湿陷量进行湿陷程度的评定,假定湿陷量,是按室内试验测定的固定压力下的湿陷系数计算得来的[3]。根据GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范规定,黄土的湿陷性应按室内压缩试验,在一定压力下测定的湿陷系数值δs判定,并应符合下列规定[4]：

1)当湿陷系数δs＜0.015时,应定为非湿陷性黄土;2)当湿陷系数δs≥0.015时,应定为湿陷性黄土。

湿陷系数δs值应按下式计算：

其中,hp为保持天然的湿度和结构的试样,加压至一定压力时,下沉稳定后的高度,mm;hp′为上述加压稳定后的土样,在浸水(饱和)作用下,下沉稳定后的高度,mm;h0为试样的原始高度,mm。

湿陷性黄土的湿陷程度,可根据湿陷系数δs值的大小分为以下三种[4]：

1)当 0.015≤δs≤0.03时,湿陷性轻微;2)当0.03＜δs≤0.07时,湿陷性中等;3)当δs＞0.07时,湿陷性强烈。

2 灰土挤密桩法的特点及适用范围

灰土挤密桩在使用中有以下特点：主固化料为消石灰,桩体材料可多样、可就地取材,可用多种工艺施工,如：沉管、冲击、爆扩、人工挖孔和人工夯实等多种方法;设备简单,便于推广,施工速度快,造价低廉,可大量使用工业废料;桩体强度可达到0.5 MPa～4 MPa,复合地基承载力可达到250 kPa,桩间土经挤密后可大幅度提高承载力。

灰土挤密桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基,施工时,先按设计方案在基础平面位置布置桩孔并成孔,然后将备好的素土(粉质黏土或粉土)或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内,并分层夯(捣)实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用,使桩间土得以挤密,从而形成复合地基。值得注意的是,不得用粗颗粒的砂、石或其他透水性材料填入桩孔内。但除人工挖孔、人工夯实的施工工艺外,大多数工艺都存在一定的振动和噪声,因而使用上受到某些限制。

3 灰土挤密桩法作用机理

灰土挤密桩人工复合地基适合于处理地下水位以上、深度在5 m～15 m(＜5 m则不经济)、含水量在14%～23%的湿陷性黄土地基[1]。此种方法利用锤击打入或振动沉管的方法在土中形成桩孔,然后在桩孔中分层填入素土或灰土等填充料,在成孔和夯实填料的过程中,原来处于桩孔部位的土全部被挤入周围土体,通过这一挤密过程,从而彻底改变土层的湿陷性质并提高其承载力。其主要作用机理分三部分：

1)打桩挤压成孔时,土被横向压缩,使桩周土孔隙比减小,土中气在三项比例中的比例减少,增加了土的密实度,降低了土的压缩性,从而改善了土的物理力学性能,提高承载力。挤密影响半径通常为1.5倍～2倍桩径,离桩愈近挤密效果愈好,而且挤密效果可以相互叠加,桩距愈小,挤密效果愈显著。2)桩与其周围被挤密后的土体共同形成了复合地基,一起承受上部荷载。在挤密桩长度范围内土体的湿陷性完全被消除。一般来说,挤密桩可以按等边三角形布置,这样可以达到均匀的挤密效果。3)土体中的水与灰土挤密桩中的石灰发生水化反应生成Ca(OH)2,可以使土体中的自由水减少;降低含水量,同时在形成Ca(OH)2的过程中放出大量的热,使未被吸收的水部分汽化,因此土体中孔隙水压力降低,土体加密,有效土压力增大,地基固结,承载力提高。

4 影响灰土挤密桩法效果的参数

根据复合地基理论,处理后的桩间土的承载力特征值按下式估算：

其中,fspk为复合地基的承载力特征值;fpk为桩体的承载力特征值;fsk为桩间土的承载力特征值;m为桩土面积置换率,m=d2/de2。

灰土桩的布置按正三角形布置时,de=1.05s。桩体直径d因设备不同而异,但在同一工程中一般相同。因此,处治后的复合地基的承载力特征值fspk就只与桩体的承载力特征值fpk和桩间距s有关,桩体的承载力特征值fpk和桩间距s是控制施工质量的关键性指标。

5 工程实例

北方某黄土湿陷性场地,设计桩间距为1 m,投料厚度为0.9 m,采用振动式沉管桩机和桩孔夯实机,夯实机锤重160 kg,单点夯击次数为10击。

对该场地试验前、后取样,对物理指标进行统计,得到主要物理指标对比曲线如图1～图4所示。

综合分析以上数据,得到以下结论：

1)采用桩间距1 m的灰土挤密桩,用160 kg夯锤单点夯击次数10击的方法强夯进行灰土挤密桩施工,可以有效的对地基土挤密压实,消除黄土的湿陷性,增加土的承载力,增大压缩模量,降低孔隙比,地基处理效果较好。2)湿陷性黄土连续动力触探10 cm的击数一般为4击～7击,通过桩间距1 m的灰土挤密桩处理后的湿陷性黄土连续动力触探10 cm的击数一般可增加2击～4击,因此,可以用试验前后的动力触探对比判定场地土的处理效果。