灰土挤密桩设计方法探析

李 卓

（山西省第二建筑设计院 山西长治 046000）

1 概况

我国经济的发展离不开建筑工程建设，但是，在建筑工程建设的过程中，经常会遇到一些特殊地基情况，湿陷性黄土就是其中的一个，为了有效的解决这项问题，逐渐将灰土挤密桩应用到其中，来保证地基的稳定性。某建筑工程为某工业厂区建设工程，其拟建厂区主要包括维修车间、机加工车间、检测车间、循环水池、污水处理池等。其中车间整体占地面积约为7654.88m2，结构形式为排架结构，设计基础埋深为-1.8m。循环水池占地面积为349.2m2，设计基础埋深为-3.0m。污水处理池占地面积为615.8m2，设计基础埋深为-5.0m。岩性主要为第四系全新统湿陷性黄土及第四系上更新统湿陷性黄土，孔隙含量高。现采用灰土挤密桩对地基进行处理。

2 灰土挤密桩设计

2.1 桩型选择

挤密桩的桩型按成孔和成孔工艺的不同，分为直接挤密成孔和钻孔夯扩扩挤密桩两类桩型。

（1）直接挤密成孔是利用沉管、冲击等方法，对地基深层挤压并形成桩孔，使桩间土体充分挤密，然后将桩孔填料分层夯实。当地基土的含水量适中时，可形成稳定的桩孔。

（2）钻孔夯扩桩挤密法是近几年经常应用的施工方法，其优点是施工噪声和振动影响较小，在地基土含水量较高的场地，钻孔夯扩不易出现缩孔、回淤等情况。

2.2 场地湿陷类型判断

黄土地区场地的湿陷类型根据室内压缩实验累计的计算自重湿陷量或实测自重湿陷量进行判定，当实测或计算自重湿陷量≤70mm时，应判定为非自重湿陷性黄土地基，当实测或计算自重湿陷量＞70mm时，应判定为自重湿陷性黄土地基。室内压缩试验：自重湿陷量的计算值Δzs是先依据场地的取土钻孔处取得的原状土样，通过室内的浸水压缩试验，从而测出各个土层在其上覆土的饱和自重压力下的自重湿陷系数δzs值。然后按照公式相应规范求出自重湿陷量的计算值。

2.3 湿陷等级确定

湿陷性黄土地基是由地面下不同厚度的黄土组成，该黄土具有不同湿陷系数。湿陷等级表示了本段地基的湿陷程度。本段湿陷性黄土地基湿陷量根据相关规范进行计算。

2.4 桩距计算

灰土挤密桩的桩径一般在30～50cm之间，桩孔之间的间距一般取桩孔直径的2.0～2.5倍为宜，同时满足桩孔间距使桩间土体的挤密系数大于0.93。桩距根据桩间土得到有效挤密的原则计算确定，依据成孔挤密的方法和桩孔的排列方式分别按照式（1）进行计算。

当采用挤密成孔时：

式中：S为桩的间距（m）；d为桩体直径（m）；β为等边三角形布桩时，β=0.952；ρdc为桩间土挤密后的平均干密度（g/cm3）；ρd为处理前天然地基土的平均干密度（g/cm3）。

2.5 桩孔的数量与平面布置

挤密桩桩孔的数量与需要处理的地基面积、拟定的桩孔直径和桩孔间距有关，并可按下式（2）和（3）计算确定：

式中：n为桩孔的数量；A为拟处理地基的面积（m2）；Ae为1根挤密桩所承担的处理地基面积（m2）；d为等效影响圆的直径（m），桩孔按正三角形布置，d=1.05S；桩孔按正方形布置，d=1.13S。

2.6 处理范围设计

本路段地基填高3.2m，本次处理范围至填方边坡坡脚外2m。

2.7 承载力确定

湿陷性黄土经过灰土挤密桩处理后，地基承载力通常由现场原位测试确定，也可根据当地的建筑经验确定。

当通过静载荷的实验结果绘制Q-S曲线，确定地基承载力时，可取曲线上的拐点对应的荷载做为承载力的特征值：当Q-S曲线上的拐点不明显时，可按相对沉降S与承压板宽度b的比值所对应的荷载确定。

灰土挤密桩地基：S/b=0.006-0.008。

当缺少试验资料时，处理后的湿限性黄土（复合地基）的承载力，一般可取其处理前的2.0～2.5倍，但不宜大于220kPa。根据地基处理后的现场静荷载试验确定承载力的设计值，并对复合地基承载力特征值进行修正。下卧层顶面的承载力应符合下式要求：

Pz+Pcz≤fz（4）

式中：Pz为灰土挤密桩底面（即下卧层顶面）的附加应力（kPa）；Pcz为灰土挤密桩底面上覆土的自重压力（kPa）；fz为灰土挤密桩底面经深度修正后的承载力设计值（kPa）。

经过以上步骤计算，采用直接挤密成孔，桩径0.5m，孔距1.0m，等边三角形布桩。处理深度至强风化泥岩夹砂岩，灰土挤密桩长5.0～8.0m，处理后地基承载力不小于130kPa。

3 地基处理设计的注意事项

3.1 强夯处理设计

在设计强夯参数时，可通过试夯法来实现，根据现实需求，将夯能设定在2000kN·m，并且，两个夯点之间设定的距离为6m，夯点的布置方式呈正矩形排列布置，在进行试夯时，前两遍采用点夯的方法，第三遍采用满夯的方法，在统计点夯次数时，要将最后两次的夯沉量不大于5cm为有效统计数据，两次夯击需要通过交错的方式进行，在检测满夯次数时要在第二次试夯之后的7d内完成所有检测，也可以在深度不小于4m下完成抽样、完成检测，如果抽样的数据符合设计要求则视为合格。另外，在设定强夯数值时，可先考察附近相同类型的工程场地赋值情况，然后再根据已用数值调教自用数值，但是，调教后的数值必须符合设计规范标准需求。

3.2 灰土桩及灰土垫层处理设计

在灰土挤密桩对地基进行加固处理的过程中，设计桩径为600mm，采用钻孔成孔进入持力层内50cm的位置，对桩的布设方式定为正方形，距离保持为1.6m，待这些基本的因素确定后，采用生石灰和水按照3：7进行充分拌和后注入孔中，采用重锤进行压实，对于重锤的作用力应该不小于8kN，不超过15kN，下落的高度应该超过2m，在充分夯实后，应该进行灰土垫层填料的铺设，厚度应该大于50cm，在经过多次的夯实后，形成对应的复合地基，从而确保地基的稳定性。

3.3 地基处理工程量

对本工业厂区的工程总体进行强夯处理，强夯总面积为7783.73m2，其设计灰土桩孔径为600mm，灰土桩的布置方式呈正矩形，每条边朝外侧扩充1排灰土桩体。其工业厂区的污水处理池所需要的灰土桩数量为320颗，每个灰土桩的长度为4.5m，总注入长度为1440m。对于处理整个灰土垫层的工程量而言，需要对其强夯的夯入深度估值，工业厂区的污水沉淀池的基础掩埋深度较深，所需的回填碾压量为343m3，工业厂区的车间与循环水池的基础掩埋深度较浅，合计回填碾压量为3947.42m3。此工程合计需要回填碾压量为4290.42m3。

4 结语

该工程项目采用灰土挤密桩对地基进行了处理，通过上文的分析和现场的检测，复合地基的承载力得到了明显的提升，已经大于了130kPa，地基的湿陷系数都没有超过0.015，有效的消除了湿陷性对地基的影响。由此可见，通过灰土挤密桩的处理，使地基的承载力达到了设计值的要求。