灰土挤密桩在湿陷性黄土地区电厂机力塔地基处理中的应用

2016-12-12张小强

地下水 2016年6期

关键词：密桩灰土陷性

张小强

(华北有色工程勘察院有限公司，河北石家庄 050021)

灰土挤密桩在湿陷性黄土地区电厂机力塔地基处理中的应用

张小强

(华北有色工程勘察院有限公司，河北石家庄 050021)

通过工程实例，介绍了湿陷性黄土地区发电厂机力塔地基处理工程中采用灰土挤密桩工艺的选择及检测方法，处理后的地基土湿陷性被消除，其承载力及稳定性都得到了较大的提高，能够满足建筑设计的要求及目的。表明了灰土挤密桩在处理湿陷性黄土地区的地基工程中技术上是可行的，且经济合理。

湿陷性黄土；灰土挤密桩；机力塔；地基处理

在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，广泛分布于我国山西、陕西、甘肃大部分地区，河南西部和宁夏、青海、河北的部分地区及新疆、内蒙古、辽宁、黑龙江等省局部地区。由于湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度明显降低，在附加压力和附加压力及土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种沉降量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害性大[1]。因此，在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。文中将针对内蒙古呼和浩特地区某湿陷性黄土场地拟建电厂机力塔地基处理工程，从方案设计、施工、质量检测等方面，探讨了灰土挤密桩在湿陷性黄土地区电厂机力塔地基处理中的应用及效果。

1 工程实例概况

本工程是某发电厂2×600 MW级空冷机组建设机力塔工程，因天然地基承载力不能满足设计要求，需要进行地基处理，经方案比选和以往类似工程经验，设计采用灰土挤密桩进行地基处理。处理后采用单桩复合地基静载荷试验、静力触探、探井及土工试验对桩体强度及桩间土挤密效果、地基土湿陷性进行检测。要求处理后复合地基承载力特征值为250 kPa，挤密系数平均值不小于0.90，桩体土压实系数不小于0.97。并消除地基土的湿陷性。根据勘探资料及室内土工试验资料，勘测场地内地基土工程特性由上往下表述为：

(1)素填土(Q4ml)，灰黄色，稍密，稍湿，含姜石、砾石，土质不均匀。该层仅分布于厂址地表。力学性质较差。

(2)黄土(粉土) (Q3al+eol)，浅黄色-棕黄色，稍密，稍湿，含粉细砂透镜体，土质不均匀。力学性质较差，且具湿陷性，不满足建(构)筑物天然地基持力层的要求，需进行地基处理。

(3)黄土(粉土) (Q3al+eol)，浅黄色-棕黄色，稍湿，稍密，土质比较均匀。力学性质较差，但该层土不具湿陷性，可满足附属建(构)筑物天然地基持力层的要求。

(4)黄土(粉土)(Q2al+eol)，棕黄色，稍湿，中密，局部含少量钙质结核、局部夹粉质粘土透镜体。力学性质较好，可作为附属建(构)筑物天然地基良好持力层。

(5)粉质粘土(N2)，棕黄色-棕色，中密，稍湿，局部含有少量钙质结核、白色菌丝，局部有粉土透镜体。力学性质较好，且厚度较厚，可作为主要建(构)筑物地段桩基良好持力层。

(6)粉土(N2)，棕黄色-棕色，中密，稍湿～湿，局部含有少量钙质结核、局部有砂卵石透镜体。力学性质较好，为主要建(构)筑物地段桩基良好下卧层。

2 施工桩法选择及设计

根据勘察报告，勘测场地内地表普遍分布有(2)层黄土(粉土)，厚度17.5 m左右，根据本次勘测资料，该层土具湿陷性，为非自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅱ级。土的含水量在4.6%～21.3%，饱和度12.3%～58%，地基土承载力特征值为140 kPa，不满足间接机力塔天然地基持力层的要求，需进行地基处理，灰土挤密桩法是利用成孔时的侧向挤压作用，使柱间土得以挤密，然后将桩孔用灰土分层夯填密实，对土的侧向深层挤密加固，其上部荷载由桩体及桩间挤密土共同承担，具有原位处理、深层挤密和以土治土的特点，用于处理厚度较大的湿陷性黄土或填土地基时，可获得显著的技术经济效益[2]。

3 灰土挤密桩的质量检测

3.1 单桩复合地基载荷试验

载荷试验是一种采用接近于工程竖向抗压实际工作条件的试验方法，采用维持荷载法。要求[3]主要是(1)6.5 m×6.6 m的试坑，并在一侧挖出供试验人员上下的通道(可挖成台阶状通道)，试坑深度与桩顶设计标高相同；(2)检验点的选取由监理单位随机抽取，成桩时间应不少于14 d；(3)检验点数的数量不小于总桩数的1%。试验方案主要包括(1)试验加载装置由1 000 kN油压千斤顶、高压联结头、量程为100 MPa的油压表(0.4级精密压力表)及SYB-2型高压手动油泵组成，荷载由堆载装置提供；(2)沉降观测系统由基准梁、磁性表座、2块机械式精密百分表组成，百分表量程为30 mm，精度为0.01 mm。基准梁为钢质，长3.0 m，基准点距试桩1.5 m；(3)承压板面积采用1.11 m×1.11 m的正方形承压板，桩的中心与承压板中心保持一致，并与荷载作用点相重合；(4)承压板底面标高与桩顶设计标高相同；(5)加载等级分8级等量施加，每级加载62.5 kPa，最大加载压力为设计承载力的2倍(500 kPa)；(6)每级加荷载前后各读记压板沉降量一次，以后每半个小时读记一次。当一小时内沉降量小于0.1 mm时，即可加下一级荷载。当出现下列现象之一时可终止试验：(1)沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起；(2)承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%；(3)当达不到极限荷载，而最大加载压力已达到设计要求压力值的2倍(500 kPa)；(4)卸载级数为加载级数的一半，等量进行，每卸一级，间隔半小时，读记回弹量。复合地基承载力特征值的确定[4]：当压力～沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，取比例界限；当其值小于比例界限的2倍，取极限荷载的一半；当压力～沉降曲线是平缓的光滑曲线时，按相对变形值确定：取s/b(或s/d)=0.006～0.008所对应的压力确定，但承载力特征值不应大于最大加载压力的一半；试验点的数量为总桩数的1%，其极差不超过平均值的30%时，取平均值为复合地基承载力特征值。

从检测结果看，17个点的载荷试验其中有4个点承载力小于200 kpa，未达到设计要求的250 kpa，补强处理后地基承载力达到设计要求。图1说明检测合格及不合格的P-S曲线。

合格的p-s曲线不合格的p-s曲线

3.2 探井试验

在开挖的探井中共取桩间土样52个，桩体土样36个。并进行了含水率和密度测试、压缩实验、湿陷性实验。试验结果指标反映，桩间土的天然孔隙比降低，压缩模量提高，说明经处理后的桩间土得到了一定的加强。但是桩间土及桩体平均挤密系数偏低(见表1：桩间土平均挤密系数统计表)，达不到设计要求。但土样中湿陷性湿陷性全部消除，进行补强处理后满足要求。

表1 桩间土平均密系数统计表

3.3 静探试验

为了检测桩间土挤密效果，同时采取静力触探试验。为了便于对打桩前后桩间土挤密效果进行对比，在打桩之前对天然土做了3个静力触探，打桩之后做了15个静力触探。对打桩前后静力触探锥尖阻力数据进行统计对比(见表2：打桩前后静力触探锥尖阻力数据对比表)。从打桩前和打桩后的数据对比可以看出，打桩后的静力触探锥尖阻力有了一定的提高，但是个别深度段内提高幅度相对较小。