挤密桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的应用

张 定 茂

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

挤密桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的应用

张 定 茂

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

在湿陷性黄土地区，因湿陷性沉降导致工程不利影响，为了消除湿陷性，应采取有效的地基处理方法，结合工程实例阐述挤密桩在湿陷性黄土地区有效处理效果，探讨了挤密桩复合地基加固机理、处理后的沉降差异等，希望能对类似的工程具有借鉴意义。

湿陷性黄土，地基处理，挤密桩复合地基

由于非饱和的欠压密的湿陷性黄土，在水浸泡作用下，其较大孔隙率、偏低干密度，土的自重压力和附加应力，会发生变形下沉。湿陷性黄土地基应用挤密桩复合地基进行处理，能够有效的消除存在大厚度黄土中的湿陷性问题。处理的原理是：桩间因灰土或水泥土夯填到成孔和分层时所产生的侧向挤密作用而挤密，因此有效提高了土质工程性能，同时提高了桩体承载力；上部附加应力、地基的沉降变形因位于桩顶褥垫层内土工格栅的作用下更为合理的分布和协调。

1 工程概况

本工程为某道路建设项目，场地平坦开阔，其地层岩性为湿陷性黄土，上部10 m稍湿、稍密，下部15 m稍湿、中密。该项目湿陷性黄土的自重湿陷系数介于0.010～0.090，湿陷系数介于0.015～0.097，通过计算可以得出，本工程自重湿陷量为15 mm～275 mm，湿陷量为194 mm～717 mm。因此本工程是自重湿陷性黄土场地。下文将介绍通过采取挤密桩复合地基处理湿陷性黄土地基问题。

2 代表性工点设计

1)加固措施选择。本工程湿陷性黄土厚度约12 m，因此将采取桩长13 m、直径为0.5 m和0.25 m的挤密桩按照正三角形布桩方式设计加固地基。

2)挤密桩桩间距(S)选择。通过挤密桩桩间距计算公式(1)计算出本工程挤密桩桩间距需要1.19 m，所以中桩间距选用1.1 m。

S=0.95[(ηcρdmaxD2-ρd0d2)/(ηcρdmaxD-ρd0d)]1/2

(1)

其中，ηc,ρdmax,ρd0,D,d分别为挤密系数、击实试验最大干密度、施工前挤密桩压缩层平均干密度、挤密桩直径、预钻孔直径。

3)沉降计算。表1和表2是通过复合地基模量Espi公式(4)和工后沉降公式(2)、公式(3)计算出本工程的数值。

S工后=S总-S施工

(2)

其中，S总为在考虑到列车活载和路堤荷载等因素下地基累计沉降量的总和。它是由加固区采取复合模量法计算的沉降量S复合和下卧层采取分层总和法计算沉降量S下构成。并按照式(3)修正最终变形量S，沉降计算经验系数为Ψs，S′为按照分层总和法计算的变形量。

S=ΨsS′

(3)

Espi=mEp+(1-m)Esi

(4)

其中，m为置换率；Ep为挤密桩的压缩模量；Esi为第i层桩间土的压缩模量。

表1 复合地基模量计算

表2 地基工后沉降计算

通过表2的数据可以得出：相比较于灰土挤密桩方式来加固地基，即使是1 m以内的桩间距，仍然具有18.56 mm的工后沉降，无法使15 mm无砟轨道达到工后沉降要求，而在地基加固中采用水泥土挤密桩，不仅能够将黄土湿陷性问题有效消除，而且也能使工后沉降的要求得到满足。

3 复合地基施工

3.1 施工前技术准备

在进行施工前，首先应当对地基土和地下水位的含水率进行测定，此外，需要变更设计具有过高含水率和饱和度的地基土。

选点进行成孔、填土挤密效果试验，其结果显示：虽然当水泥掺入比为12%时能够满足水泥土挤密桩和灰土挤密桩的设计要求，但是还是有以下两个问题存在：1)鉴于本工程某一些路段地基土存在较高饱和度、较大含水量等问题，导致灰土挤密桩设计无法满足地基承载力要求；2)后期施工桩因软弱地基的原因，在先前施工桩的挤密作用下产生缩径桩孔、塌孔问题。

为解决以上问题，经研究决定：为了避免同一断面上路基上部结构受到过大工后沉降影响，部分软弱地基地段采取水泥土挤密桩来代替灰土挤密桩；施工过程中需要使用洛阳铲预钻孔加上沉管锤击，按照从路基中间向两边每间隔2孔的成孔顺序进行施工。

3.2 施工流程控制

结合试验段结果数据表明，在成孔后应当采取夯平清底，再对孔深、垂直度等采取检查，对以上各项数据检查合格后，则采取电动卷扬机提升式夯实机分层夯填，按照2 m以上的落锤高度、250 mm的每层回填虚铺厚度、10锤以上的夯击次数进行夯填。成桩后铲除平整高出150 mm桩顶高程部分。

在复合地基承载力和单桩承载力试验成桩之后，需要进行灰土垫层施工。在垫层的顶和底上置放、摊铺、固定上垫层中两层土工格栅，为了避免土工格栅被机械碾压破坏，需要预留出0.1 m厚的灰土层。在灰土褥垫层的两位层土工格栅之间平顺牢固的铺设上复合土工膜，这样可以有效的避免垫层中形成积水窝。

3.3 地基处理措施选择

综合考虑投资控制上的因素，本工程主要是水泥土挤密桩复合地基和灰土挤密桩复合地基分别处理车站铺有无砟轨道的正线部分地基和湿陷性黄土地基。

4 沉降观测评估

基于我国相类似工程的施工经验，沉降观测评估的问题是十分重要的。本工程在完工后，需要系统的观测与分析评估路基沉降，确认观测断面的平均间距需要控制在50 m以内，并且需要适当加密具有较大变化的地质地形条件的路段和过渡段。完成地基施工之后，需要安排出6个月～18个月的观测和调整期进行分析评估工程的沉降和工后沉降问题是否满足设计的规范要求。

4.1 观测点布置原则

本工程的观测点是在工程具有较为松软土两边的坡脚外2 m的地方上和地基两边路肩分别设置圆木观测桩和钢筋混凝土观测桩，此外，还需要将组合沉降板设置在路基横断面中心上。将一组沉降板设置在基床底层顶面和地基面处的线路中心线的地方来观测断面，另外，还需要将沉降板埋设在3.5 m距离的基础地基底层顶面下进行观测具有较大的路堤高度。图1是其示意图。

4.2 观测资料整理

记录和整理好观测资料之后将其绘制成如图2所示的每个观测标志点的荷载—时间沉降曲线和如图3所示的每个观测标志点的∑Sn—∑(Sn+Sn+1)曲线。

4.3 评估标准

依据实测沉降观测资料可以推算出：相比较15mm的允许沉降量而言，路基工后沉降量不会超出；路基具有比较均匀的沉降，从而得出最大工后沉降量一般是在3mm以内。

4.4 沉降观测评估结果

结合沉降观测数据进行曲线拟合可以计算出沉降预测数值，其中方法有双曲线法、三点法、指数曲线法及星野法等，本工程主要采用双曲线法。在本工程完成之后，进行了6个月以上的观测时间，其中实际测量的最大沉降量只有24.424mm，远小于33mm的设计施工期的沉降值；结合预测4.2mm的沉降曲线工后沉降量，相比较于工后沉降量的设计值更小。

5 结语

鉴于湿陷性黄土会存在土质下沉不利影响，因此需要对其采取地基处理。本文通过结合某道路施工建设项目，针对该工程存在湿陷性黄土区段，提出采取在地基加固中增加采用水泥土挤密桩方案。从本工程实施效果表明，经处理后的黄土湿陷性问题得到有效消除，同时从沉降监测结果表明，工后沉降满足规范要求，表明本工程地基处理方案可行，可在同类工程中应用。

[1] 冀玉梅．浅析挤密桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的应用[J].信息化建设，2016(5)：18-20.

[2] 金 铭.灰土挤密桩复合地基处理湿陷性黄土地基[J].洛阳工业高等专科学校学报，2011(1)：27-29.

[3] 王长虹,杨有海.灰土挤密桩在湿陷性黄土路基中的应用[J].兰州交通大学学报，2004(7)：78-81.

Application of compaction pile composite-foundation in collapsible loose foundation treatment

Zhang Dingmao

(ShanxiAcademyofSurvey&Design,Taiyuan030013,China)

Due to collapsible settlement, there is an adverse effect on the project in the collapsible loess area，so in order to eliminate collapsibility, an effective ground treatment method should be adopted. One the one hand, combining with an engineering example, this paper expounds the effective treatment effect of compaction pile in collapsible loess area. On the other hand, the reinforcement mechanism of composite foundation with compacted piles and the settlement difference after treatment are briefly discussed. I hope it can be used as a reference to similar projects.

collapsible loess, foundation treatment, composite foundation with compacted piles

1009-6825(2017)22-0086-02

2017-05-26

张定茂(1972- )，男，助理工程师

TU473.1

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