钻孔灰土挤密桩在砂质湿陷性黄土中的应用

2014-03-22赵海飞

电力勘测设计 2014年5期

赵海飞

(内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特 010020)

1 概述

在北方黄土高原的边缘地带存在着大量非典型性湿陷性黄土，砂状特点就是其中之一。灰土挤密桩是湿陷性黄土地区常用的地基处理方法，由于砂状黄土的特殊性，常用的灰土挤密桩施工工艺应用于该类型黄土容易产生严重的塌孔、提锤困难等现象。本文结合内蒙古呼和浩特市和林格尔地区和林盛乐电厂地基处理原体试验数据总结了钻孔灰土挤密桩在该类型地基土中合理工艺及处理后的效果。

拟建厂区属典型的干旱和半干旱大陆性气候。在场地各层土中，②1层黄土状粉土不均匀，含砂量大，含钙质结核，具自重湿陷性，湿陷性轻微～强烈，层底埋深一般在10m左右。根据设计方案对附属建筑物地基拟用灰土挤密桩法处理。内蒙古电力勘测设计院负责完成地基处理的原体试验工作。本次试验的目的主要是① 确定灰土桩处理湿陷性土的效果；② 为设计提供灰土桩地基处理的最佳参数；③ 确定合理的施工方法、工艺，并做到安全、经济、适用。

2 钻孔灰土挤密桩试验方案的设计

该场地黄土状粉土含砂量较大，根据场地内办公楼地基处理施工经验，采用冲击挤密成孔后存在塌孔及提锤困难的现象，故本次原体试验的桩孔设计采用钻孔灰土挤密桩，开始时采用机械洛阳铲法进行成孔，存在严重的塌孔现象，随后改为长螺旋钻成孔法进行成孔。为了保证2:8灰土的粘粒含量，灰土拌合采用表层挖出的粘粒含量较大地基土；考虑到大面积施工时需要，在A试验区增加布置13根桩，采用下部含砂量较大的地基土拌合成3:7灰土成桩，进行对比试验。试验区的划分及对应设计参数见表1。

表1 试验区的划分及对应设计参数

本次试验采用步履式桩机(长螺旋钻式)进行成孔；桩孔回填选用锤重为1800 kg夯扩机，填料根据标准击实试验确定的有关指标进行拌合。

3 确定施工夯击数与填料量

本次试验是通过重锤高动能、超高压、强挤密，对桩孔填料进行固结和对桩间土进行强扩充挤密，从而达到对桩体和桩间土动力固结处理地基的目的。考虑到柱锤提出孔口太高时，其下落时会产生摆动，影响桩体上部的夯击效果，因此当夯击面距离孔口距离较小时，应适当减小柱锤落距。根据以往工程经验及现场测试，本次试验采用的夯击次数与填料量的控制标准见表2。

表2 试验采用的夯击能及控制标准

4 桩体及桩间土挤密效果分析

检测地基土的湿陷性、密实度和压缩性等，主要采用原状土试样进行室内土工试验，辅以孔内标准贯入试验和静力触探试验；检测灰土挤密桩复合地基的强度，主要采用了载荷试验，辅以标准贯入试验、土工试验和静力触探试验。

4.1 桩间土检测

4.1.1 土工试验检测

本次取样每个探井开挖范围恰好包含三根灰土桩和桩间土构成的一个完整处理面，取样间隔均为1.0 m，根据探井桩间土的取样试验结果，进行统计分析及计算见表3。

表3 桩间土挤密前后物理力学性指标结果对比

分析表3，得出如下结论：①从湿陷性角度看，两种桩间距，桩间土的湿陷性已全部消除；②从物理力学性指标角度看，桩间土平均干密度最大提高6.5%；平均压缩模量最大提高30.0%；平均孔隙比最大降低11.30%；桩间土的平均挤密系数为0.88～0.90，挤密效果一般，未达到《建筑地基处理技术规范》中桩间土的平均挤密系数不宜小于0.93的要求，分析原因主要是由于处理前地基土本身为中密砂状黄土状粉土，不易被挤密造成的；③1.0m桩间距的挤密效果优于1.2m桩间距。

4.1.2 标准贯入试验结果分析

桩间土标准贯入试验击数统计结果见表4。

表4 桩间土标准贯入试验击数统计结果挤密前后对比

分析表4，1.0m桩间距标贯击数比处理前提高10.6%，1.2m桩间距标贯击数比处理前提高0.6%。标贯击数值处理前后提高的不是很明显，分析其原因，可能与地基为砂质，处理前密实度相对也比较大，不易被挤密有关。1.0m桩间距标贯击数提高效果明显强于1.2m桩间距。

4.1.3 静力触探试验结果分析

桩间土挤密前后静力触探试验结果见表5。

表5 桩间土挤密前后静力触探试验结果对比

根据表5可知，当实验面下6m内②-1层黄土状粉土采用灰土挤密桩进行挤密处理后，桩间土其锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fS均有较大的提高。1.0m桩间距比1.2m桩间距桩间土锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fS提高幅度大。试验面下6m～7m之间有一层中密～密实的粉细砂，处理后由于其局部地段锥尖阻力qc大于35MPa，探头无法继续下探，无法取得该深度地基土的静力触探资料。

4.2 桩体检测

4.2.1 土工试验检测

本次试验对18根桩进行了检测。试坑内自上而下分层取原状土样，取样间隔均为1.0 m。通过室内土工试验，确定桩体灰土的含水量、密度，计算桩体灰土的干密度、压实系数。桩体灰土压实系数计算结果见表6。

表6 桩体压实系数统计结果

试验桩体的平均压实系数满足《建筑地基处理技术规范》中填料的平均压实系数不应低于0.97，其中压实系数最小值不应低于0.93的要求。18根桩中有4根桩压实系数达到了1，说明，该灰土通过该工艺是可以压实的。该次检测有少部分桩压实度未达到0.97，可能是由于灰土搅拌不均匀，含水量偏差大等原因造成。通过以上数据及分析，3:7灰土和2:8灰土都是可以压实的。

4.2.2 标准贯入试验检测结果

桩体标准贯入试验击数统计见表7。

表7 桩体标准贯入试验击数统计结果

通过表7，2:8灰土桩体的均匀性较差，分析原因灰土搅拌不均匀，含水量未达到要求等都可能造成桩体不均匀。3:7灰土的均匀性较好。

4.3.3 剖桩检测结果分析

通过测量和目测，灰土桩体直径上部在550mm～600mm之间，但形状较差，多数为椭圆或不规则状，分析原因，主要是由于上部桩体夯实时，重锤已经提到地面以上，在下落时没有护筒，重锤来回摆动，使桩体向周围不均匀挤扩而造成。下部桩体直径在500mm～550mm之间，桩体圆度较好，但部分桩体倾斜度较大，且存在夹砂土现象。部分桩体存在灰土不均匀现象，这主要是由于灰土搅拌不均匀造成。总体来看，桩的整体性较好，桩长均达到了设计要求，未发现断桩及明显缩径等现象。