砂石桩在软弱地基处理中的应用

2014-01-29王军

黑龙江水利科技 2014年5期

关键词：砂土砂石淤泥

王军

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

砂石桩在软弱地基处理中的应用

王军

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

本工程位于哈尔滨市何家沟干沟入江口处，坝基地层岩性为砂土、杂填土，含砖头、混凝土块、炉灰等建筑垃圾和生活垃圾，层底埋深6.0～8.5m。地基承载力低，无法满足建筑物承载力要求。常用的地基处理方法有换填垫层法、预压法、砂石桩法、水泥土搅拌法等。针对本工程的地层岩性的实际特点，选择砂石桩法作为地基处理的方法。石桩法设计计算主要包括桩径、桩长、处理范围等参数的确定的以及地基承载力的复核。虽然碎石桩复合地基承载力计算理论较为成熟，但是碎石桩的很多参数需要现场试验来确定。因为地基土的组成不同，碎石桩的参数要通过现场试验来确定适合本地的数值，从而达到真正处理效果。

砂石桩;软弱地基;复合地基

1 工程概况

该工程位于哈尔滨市何家沟干沟入江口处，该工程由进、出口段、控制室、消力池组成。根据《岩土工程勘察报告》提供的该工程处地质资料，坝基地层岩性第(1)层全部为砂土、杂填土，含砖头、混凝土块、炉灰等建筑垃圾和生活垃圾。层底埋深6.0～8.5 m，平均厚度为7.67 m。地基承载力低，无法满足建筑物承载力要求。

2 常用地基处理方法

常用的地基处理方法有换填垫层法、预压法、砂石桩法、水泥土搅拌法等［1］。

换填垫层法适用于淤泥、淤泥质土层，湿陷性黄土、杂填土地基等的浅层处理。对于较深厚的软弱土层不适用。

预压法是在建筑物未建造前，预先进行加载预压，使土体固结预先基本完成，从而提高地基土承载力，减少地基沉降的一种方法。它常用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基，此方法不适用本工程。

碎石桩是指采用振动、冲击或者水冲等方法在软弱地基中成孔后，再将砂或碎石挤压入已成的孔中，形成由砂石构成的密实桩体。砂石桩用于松散砂土、粉土、黏性土、素填土及填杂土等的地基处理。主要是依靠桩的挤密和振动，使桩周土的密实度增加，从而降低土的压缩性，提高地基承载力［2］。

水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基，此方法不适用本工程。

针对本工程的具体地质条件，选用砂石桩法对软弱地基进行处理。

3 碎石桩法

3.1 砂石桩的设计计算

3.1.1 布桩形式

砂石桩孔位宜采用等边三角形或正方形布置，本工程砂石桩采用等边三角形布置［3］。

3.1.2 直径

砂石桩的间距应通过现场试验确定。本阶段砂石桩的间距可以按下列公式估算［4］。

松散地基可根据挤密后要求达到的空隙比e1来确定。

等边三角形布置计算公式为:

式中:s为砂石桩间距，m;d为砂石桩直径，m;ε为修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，可取1.1～1.2;不考虑振动下沉密实作用时，可取1.0;e0为地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可以根据动力或静力触探对比试验确定;e1为地基挤密后要求达到的孔隙比;emax、emin为砂土的最大、最小孔隙比;Dri地基挤密后要求砂土达到的相对密实度。

根据上述公式、结合上部结构、荷载及施工机械等确定本工程砂石桩的直径为0.70 m，桩距1.5 m。

3.1.3 桩长

砂石桩加固长度:要求桩长穿过杂填土层以下，进入粉砂、中砂持力层。根据地质剖面图，杂填土影响深度在6.0～8.5 m，设计桩长在建筑物基础铺设层底面以下10～12 m深。砂石桩顶部铺设一层厚度为0.50 m的砂石垫层［5］。

3.1.4 处理范围

砂石桩处理范围在 1#、2#、3#、4#挡土墙、闸室段外缘布置1排桩。处理范围见图1。

图1 砂石桩处理范围平面图

3.1.5 桩体材料

桩体材料科采用碎石、乱石、角砾、圆砾或石屑等硬质材料，含泥量≤5%，最大粒径≤50 mm。

3.1.6 填料量

砂石桩的填料量应通过现场试验确定，计算时可按设计桩孔体积乘以1.2～1.4的充盈系数，如施工中地面有下沉或隆起现象，则填料量应根据现场情况给予增减［6］。

3.2 复合地基的承载力计算

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)规定，初步设计阶段可按下式计算复合地基的承载力［7］。

式中:fspk为砂石桩复合地基承载力特征值，kPa;fpk为桩体承载力特征值，kPa，宜通过单桩使用确定;fsk为处理后桩间土承载力特征值，kPa，宜按当地经取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值;m为桩土面积置换率;d为桩平均直径，m;de为根桩分担的地基面积的等效圆直径。等边三角形布桩de=1.05 s，s为桩间距。