谈钻孔夯扩挤密桩在太原东山黄土地区的应用

2018-12-28解志浩

山西建筑 2018年36期

解志浩

(山西省建筑科学研究院，山西太原 030001)

1 概述

湿陷性黄土是我国分布较广泛的区域性特殊土，由于其特有的结构特性，使湿陷性黄土在受水浸湿和力的作用条件下会产生较大的附加变形，从而对建筑的正常使用产生不利影响。湿陷性黄土地基处理的目的主要在于改善土的物理力学性质，消除或减少地基因偶然浸水而造成的湿陷变形。在湿陷性黄土地区常用的地基处理方法有垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法和化学加固法，对于处理深厚黄土则主要采用挤密法进行处理。传统的挤密法成孔方法主要采用冲击、沉管等方法，由于受到地基土层和施工机具的限制，处理深度一般为5 m～15 m。而钻孔夯扩挤密桩采用长螺旋钻钻孔，圆锥形重锤分层夯实填料，处理深度可达25 m～30 m。

2 处理原理

钻孔夯扩挤密桩是在土挤密桩基础上改进的桩型，采用长螺旋钻成孔，填料可采用土、灰土、水泥土、干硬性混凝土等，分层填料，用不小于1.5 t的重锤(锤尖角度约30°)进行分层夯实夯扩，使桩径由成孔直径夯扩达到设计直径，从而改善桩间土力学性能，使处理后的夯扩桩与挤密的桩间土共同承担上部荷载。

3 处理特点

1)由于采用长螺旋钻成孔，相比传统成孔工艺(冲击、沉管)，处理深度增加，施工速度提高，成桩桩径增大，施工噪声和振动降低。

2)采用长螺旋钻机也比传统成孔机具容易穿过黄土中普遍存在一些硬夹层(卵砾石夹层、姜石夹层)或局部含水率偏高地层。

3)根据地基处理的目的和要求，选用不同的桩体材料，使该种地基处理方法应用范围更加广泛。

4 工程实例

4.1 工程概况

太原东山某工程，地上17层，地下2层，框架剪力墙结构，筏板基础，要求地基承载力特征值达到350 kPa，同时消除地基土湿陷性。

4.2 场地工程地质条件

勘察期间勘察深度范围内未见地下水。

4.3 设计方案

根据勘察报告，本场地为自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅲ级，湿陷厚度约22 m。湿陷性黄土的主要物理力学指标如下：天然含水量ω=8.2%～15.3%，天然重度γ=13.8 kN/m3～15.9 kN/m3,孔隙比e=0.975～1.245，压缩系数a1-2=0.35～0.58，湿陷系数δ=0.029～0.087。

根据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范,本建筑为甲类建筑，应消除全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层。因本场地存在深厚湿陷性黄土层，且为自重湿陷性场地，如采用钢筋混凝土灌注桩基础，上部约20 m厚黄土遇水后将产生向下作用的负摩阻力，采用此方案桩长较长，工程造价高，经讨论确定采用钻孔夯扩挤密桩复合地基进行处理，填料采用体积比1∶4水泥土。成孔直径400 mm，采用2.3 t重锤夯扩至550 mm，有效桩长22 m，桩距1 m，正三角形布桩，要求水泥土立方体试块在标准养护条件下90 d龄期的抗压强度不小于2.5 MPa，孔内填料压实系数平均值不小于0.97，单桩竖向抗压承载力特征值不小于175 kN,复合地基承载力特征值不小于350 kPa。

4.4 试桩检测

施工前先在场地外侧布置三组试桩，共21根，试桩施工完成后28 d进行试桩，根据设计要求共布置3根单桩竖向抗压静载荷试验；3组单桩复合地基静载荷试验；探井3个，井深22 m。

1)根据3根单桩竖向抗压静载荷试验结果，最大加载量400 kN,沉降达到相对稳定标准，三根试桩的最大沉降量分别为10.21 mm,12.35 mm,9.32 mm，其荷载—沉降曲线呈缓变型，取最大加载量400 kN为该3根试桩的单桩竖向抗压极限承载力，相应的单桩竖向抗压承载力特征值200 kN。

2)根据3组试桩的单桩复合地基静载荷试验结果，最大加载压力750 kPa，沉降达到相对稳定标准，3组试桩复合地基的最大沉降量分别为28.31 mm,19.75 mm,30.23 mm，其压力—沉降曲线呈缓变型，按相对变形值s/d=0.008(即s=8.4 mm)对应的荷载值分别为393 kPa,415 kPa,385 kPa，均大于最大加载压力的1/2，取最大加载压力的1/2即375 kPa为该3组试桩的单桩复合地基承载力特征值。

3)根据3个探井分别在3组试桩形心位置在桩长深度范围沿深度间隔1 m取样室内土工试验结果，其湿陷系数δ均小于0.015，消除了湿陷性。

4)根据在3组试桩形心位置布置标准贯入试验孔试验结果，处理后第②湿陷性粉土层的实测标准贯入平均击数12.2击，第③湿陷性粉土层的实测标准贯入平均击数16.3击。是处理前土层的实测标准贯入击数1.5倍～1.7倍。

5)施工完后对工程桩按规范进行相关检测，该工程水泥土桩单桩竖向抗压承载力、复合地基承载力、桩间土的湿陷性检测均达到设计及相关规范的要求。