西安某工程灰土挤密桩缩颈现象分析及治理

2011-05-22郭明刘伟郭亮

山西建筑 2011年20期

郭明刘伟郭亮

1 工程概述

西安临潼某储罐工程，20 000 m3储罐，直径42.0 m，罐壁高度17.45 m，基础采用钢筋混凝土环墙，环墙截面宽度600 mm，高度1 900 mm，埋深1 200 mm。基底压力220 kPa，处理后地基承载力特征值不小于240 kPa。地基处理采用灰土挤密桩复合地基，桩径选用400 mm，桩距800 mm，按等边三角形布置，桩长自砾石垫层(褥垫层)下起约9.0 m～12.0 m。

经勘探揭露，场地内地层自上而下依次由耕土、素填土、第四系全新统洪积黄土状土和黑垆土、第四系上更新统和中更新统风积黄土、古土壤及中更新统冲洪积粉质粘土构成，现自上而下叙述如下:①耕土(Qpd):层厚0.3 m～1.8 m。②素填土(Qml):层底深度 0.4 m～3.5 m。③-1黄土状土(Q1pl4):层底深度0.9 m～4.2 m。③-2黄土状土(Q1pl4):层底深度1.0 m～4.3 m。④黑垆土:层底深度2.0 m～6.7 m。⑤-1马兰黄土(Q2eol3):层底深度7.5 m～13.5 m。⑤-2马兰黄土(Q2eol3):该层层厚1.40 m～6.60 m，不具湿陷性。⑥古土壤(Q1eol3):层底深度13.90 m～19.60 m，不具湿陷性。⑦离石黄土(Q2eol2):层底深度15.00 m～29.50 m，不具湿陷性。

各土层含水率指标见表1。

表1 各土层含水率指标 %

最终选择不具湿陷的⑤-2作为持力层。

2 缩颈原因

施工采用锤击沉管(2.5 t柴油打桩机)成孔，桩孔夯填采用卷扬机提升式夯实机(重锤500 kg)，填料为2∶8灰土，在施工过程中，局部一些桩在成孔时出现缩颈现象。具体为在第一次成孔后，经过1 h左右测量，桩底部出现缩颈，最大孔深缩短1 000 mm。原因分析如下:

1)地下水位上升。地下水是赋存于⑥层，⑦层中的潜水，稳定水位13.00 m～16.50 m。场地地下水位年变化幅度1.0 m～2.0 m，勘察期间地下水处于非丰水期。施工期间地下水处于丰水期。因此导致桩端⑤-2马兰黄土(Q2eol3)土层含水率增大，导致缩颈。

2)附近水源井抽水，导致地下水位变化。离最外排桩外10 m有一施工用水源井，通过对缩颈的孔进行观察和统计，发现这些孔位置相对集中，以水源井为中心向周围扩散。具体见图1。

3)桩成孔顺序。桩成孔顺序按先外排后内排，同排桩间隔1个～2个孔进行。

通过对图1的观察，隔排隔点的工艺缩颈现象均出现在中间加桩处。实践表明，当天然土的含水率小于12%时，土呈坚硬状态，成孔挤密很困难，桩管沉入后侧向挤压应力靠土的颗粒间相互接触传递，应力的传递范围小，挤密效果差，即使成孔也容易形成塌孔，而且容易破坏设备;当土的天然含水率w≥24%，饱和度Sr＞75%，土的含水量过高时，土呈软塑状态，主要由孔隙水承受和传递侧向挤压应力，土颗粒被孔隙水分隔，它们之间得不到充分挤密，桩孔缩颈的可能大。当w=14%～20%时，土呈可塑状态，桩管的侧向挤压应力由孔隙水和土颗粒相互接触共同传递，所以影响范围大，挤密效果好，成孔效果较好。但在该工程当中即使含水量w≤20%，也出现缩颈现象。通过图1观察结合施工顺序发现，忽略了影响桩间土挤密效果的一个重要指标，即饱和度Sr。因为土体挤密后，土中水的体积不变，孔隙比减小，即意味着饱和度增大，当孔隙减小到一定程度，土体就达到饱和，此时，挤密成孔必然会产生超孔隙水压力，从而引起缩颈。有关规程、规范也指出，当天然地基土的饱和度Sr＞75%时，挤密桩已不适用。所以挤密效果还与挤密后的饱和度有关，中间的加桩缩颈主要是由于周围桩体的挤密造成的。

3 缩颈治理

从缩颈原因来看，主要是桩端土层含水率的上升造成，需采取根本措施降低含水率，选择具有吸水性的材料作为桩端骨料。

1)填料冲击成孔。对缩颈较小的，即成孔后1 h，孔深缩短500 mm以下的采用分次填入碎砖和生石灰块，边冲击边将填料挤入孔壁和孔底，当孔底接近设计深度时，夯入部分碎砖形成扩大端。2)复打成孔。对缩颈较大的，即成孔后1 h，孔深缩短1 000 mm左右的采用:提锤反复冲击至设计孔深，然后分层填入碎砖和生石块，待孔内生石灰吸水膨胀，桩间土性质有所改善后，再进行二次冲击复打成孔。但在该工程中，二次复打成孔效果没有本质改善，还存在缩颈。经研究，实际方法为:在第一次成孔后(按设计桩长)，对出现缩颈的孔，可在孔底填入1.0 m级配砾石(砾石粒径控制在25 mm～35 mm)，进行二次冲击复打，打入深度控制在0.5 m深(复打深度较第一次打入深度减少0.5 m)，夯入部分砾石形成扩大头，提高桩端持力层承载力。然后再按原设计要求回填。若还有缩颈现象可重复使用该方式。采用该方法很好的处理了缩颈问题，具体见图2。