灰土挤密桩处理西宁某电厂湿陷性黄土的研究

纪成亮 李仁杰 张 勇

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250100)

0 引言

黄土在我国分布范围很广，其中西北地区的黄土厚度较大、特征典型。湿陷性黄土是一种常见的特殊性土，特殊的结构导致其具有湿陷性[1]。湿陷性黄土在沉积过程中的物理及化学作用下形成了具有一定强度的骨架结构，从而使其具有一定的结构性。在其结构未遭破坏时，湿陷性黄土具有相对较高的强度。在水的浸泡作用以及压力或重力作用下，湿陷性黄土的结构遭受破坏，强度丧失，大孔隙被压密，从而产生黄土湿陷性[2]。湿陷性黄土在浸水湿陷过程中变形迅速，强度急剧下降，变形量也较大，其产生的不均匀沉降以及剪切破坏是建筑物产生破坏的重要原因[3]。

灰土挤密桩法用于处理湿陷性黄土地基，可有效地消除土的湿陷性，并提高地基承载力。本文主要以青海西宁某拟建电厂工程附属建筑区域湿陷性黄土地基原体试验为例，对采取灰土挤密桩地基处理方案的必要性进行了论述，对处理后地基的检测成果进行了研究，对试验区灰土挤密桩地基处理效果进行了综合评价。

1 工程概况

1.1 项目介绍

青海西宁某电厂位于西宁市西偏南约15 km处的湟中县西堡镇境内。本工程规划容量为4×350 MW，本期建设规模2×350 MW超临界空冷供热机组，并留有扩建余地。

1.2 场区工程地质

本工程原始地形总体趋势为东高西低、南高北低，局部略有起伏，呈阶梯状田地，原始地面高程在2 339.12 m～2 360.22 m之间，最大高差约21.10 m。

本工程上覆地层为第四系全新统冲洪积形成的黄土状粉土以及第四系上更新统冲洪积形成的卵石；下伏第三系泥质砂岩及泥岩。

工程场地内勘探深度范围内地下水类型主要为第四系孔隙潜水，赋存于第四系卵石层中，地下水稳定水位位于卵石层顶标高以下。

1.3 黄土湿陷性

拟建场地内①黄土状粉土在场地内表层广泛分布，具湿陷性。该层湿陷程度中等～强烈，属自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅱ级～Ⅲ级(中等～严重)。在各级试验压力(200 kPa,300 kPa,400 kPa,500 kPa)下，①黄土状粉土均具湿陷性，湿陷起始压力范围值为7 kPa～452 kPa，平均值为105 kPa。最大自重湿陷深度及最大湿陷深度均至①黄土状粉土层底。

1.4 地基处理方案

根据拟建建筑物基底下湿陷性黄土的工程性质以及厚度，设计单位拟对部分荷重较轻的建筑物采用灰土挤密桩方案进行地基处理，处理深度达②层卵石的顶面。依据岩土工程勘测报告以及场平后地形图，确定灰土挤密桩桩身长度约7 m～10 m。

针对以上地基处理方案，本工程进行了灰土挤密桩原体试验以检测方案的有效性，确定施工过程中的参数。

2 试验方案的设计及施工

2.1 方案设计

根据设计要求，按照桩间距不同，原体试验分为两个试验片区，桩间距分别为1.10 m(试验区一)和1.30 m(试验区二)，桩径为500 mm，均按等边三角形布桩，桩体材料为三七灰土，处理深度至①层黄土状粉土层底。

2.2 施工工艺及参数

1)试验所选消石灰中(CaO+MgO)含量69.12%～70.09%，均大于60%，满足规范要求。

2)地基土天然含水量为14.8%，满足规范要求。

3)试验桩成孔采用锤击沉管，设备拟采用DD35型导杆柴油打桩机，沉管管箍直径为45 cm；夯实设备拟采用卷扬夯实机，夯锤重约1.5 t，夯锤外径30 cm，锤底呈锥形。

4)试验区采用锤击方式成孔，采用三遍成孔方式。

5)每遍成孔完毕立即进行回填夯实，单层平均填料量约0.12 m3，夯锤平均落距3.0 m～4.0 m，单层锤击10击。

3 原体试验检测成果及分析

3.1 桩体密实度及桩间土挤密效果检测

两试验区灰土挤密桩施工完成后，分别对桩体以及桩间土进行了取样测试检测挤密效果。其中试验区一桩体干密度平均值为1.62 g/cm3，压实系数平均值为0.97，桩间土干密度平均值为1.72 g/cm3～1.74 g/cm3，压实系数平均值为0.98～0.99；试验区二桩体干密度平均值为1.59，压实系数平均值为0.96，桩间土干密度平均值为1.60 g/cm3～1.70 g/cm3，压实系数平均值为0.93～0.98；其中试验区一桩体密实度及桩间土挤密效果均优于试验区二。

3.2 黄土湿陷性消除效果检测

经过检测，灰土挤密桩处理后两试验区内黄土状土湿陷系数均小于0.005，均已全部消除湿陷。

3.3 复合地基平板静载荷试验

3.3.1试验区一试验情况

1)试验方法：试验区一共布置3个试验点，分别为1-1号，1-2号，1-3号，采用混凝土配重块提供反力，承压板采用直径为1.16 m的圆形刚性承压板。

2)试验成果分析：依据本次试验结果(p—s曲线详见图1～图3)，1-1号，1-2号，1-3号最大加载分别至540 kPa，600 kPa，540 kPa，三个点的p—s曲线均出现明显陡降段，均已压至破坏。

据《工程地质手册》(第4版)，变形模量及基准基床系数计算公式如下：

E0=I0(1-μ2)pd/s。

Kv=4d2/(d+0.3)2×(p/s)。

其中，E0为土的变形模量，MPa；Kv为基准基床系数，kN/m3；I0为刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785；μ为土的泊松比，本次试验灰土复合地基取0.35；p为p—s曲线线性段的压力，kPa；s为与p对应的沉降，mm；d为承压板直径，m，试验区一d=1.16 m，试验区二d=1.37 m。

计算结果如表1所示。

表1 试验区一平板静载荷试验结果一览表

3.3.2试验区二试验情况

1)试验方法：试验区二共布置3个试验点，分别为2-1号，2-2号，2-3号，采用混凝土配重块提供反力，承压板采用直径为1.37 m的圆形刚性承压板。

表2 试验区二平板静载荷试验结果一览表

2)试验成果分析：依据本次试验的结果(p—s曲线详见图4～图6)，2-1号，2-2号，2-3号点均最大加载至480 kPa，三个点的p—s

曲线均出现明显陡降段，均已压至破坏状态。

载荷试验结果如表2所示。

4 结语

通过对西宁某电厂灰土挤密桩复合地基方案开展的两种桩间距的原体试验，并通过室内土工试验以及原位试验进行检验，得出以下结论与建议：

1)工程场地采用灰土挤密桩复合地基进行地基处理，可有效消除地基土的湿陷性，提高地基土的承载力。试验得出：采用1.10 m和1.30 m桩间距均能全部消除地基土湿陷性，桩体及桩间土的压实系数均能满足规范要求，可根据不同承载力要求选择不同桩间距。

2)两试验区桩体平均压实系数范围值0.96～0.97，平均值0.97；桩间土平均挤密系数范围值0.93～0.99，平均值0.97；其中试验区一桩体密实度及桩间土挤密效果均优于试验区二。

3)根据本次载荷试验结果，综合考虑大面积施工及浸水等因素，建议桩径500 mm、桩间距1.10 m、等边三角形布置的三七灰土挤密桩复合地基承载力特征值按220 kPa、变形模量按17 MPa、压缩模量按19 MPa、基准基床系数按6.8×104kN/m3设计；建议桩径500 mm、桩间距1.30 m、等边三角形布置的三七灰土挤密桩复合地基承载力特征值按190 kPa、变形模量按14 MPa、压缩模量按15 MPa、基准基床系数按6.0×104kN/m3设计。

4)灰土挤密桩施工前，需先对施工区处理深度范围内地基土取样进行含水量试验，地基土含水量宜接近最优含水量，且不宜小于12%；如含水量小于12%，宜根据规范要求进行增湿作业。设计时考虑桩顶预留500 mm厚松动层，基础施工时将该松动层挖除并铺设500 mm厚灰土垫层。

[1] 刘志伟.钻孔挤密桩处理强湿陷性黄土地基试验研究[J].岩土力学,2009(30):339-343.

[2] 陈 培.灰土挤密桩在湿陷性黄土地区电厂冷却塔地基处理中的应用[J].建筑科学,2013(29):75-79.

[3] 李 刚.灰土挤密桩在湿陷性黄土地基中的应用[J].路基工程,2010(1):178-180.