水泥土挤密桩在深厚湿陷性黄土地区高层建筑中的应用研究

摘 要 针对陕西关中地区部分黄土塬黄土湿陷性厚度较大，此类场地湿陷性完全消除存在较大困难。因此通过探究水泥土挤密桩的加固原理，通过现场试验检测，提出合理的施工参数，使其既能够消除黄土的湿陷性又能够提高地基的承载力，以满足复合地基要承载力要要求。

关键词 水泥土;湿陷性黄土;消除;承载力

Abstract For part of the collapsibility loess tableland loess in guanzhong region of shaanxi province thickness is larger， collapsibility such site completely eliminate bigger difficulties so through studying the reinforcement principle of cement-soil compaction piles， through the field test， put forward the reasonable construction parameters， make its can eliminate the collapsibility of loess and can increase the bearing capacity of foundation， in order to meet the requirements of bearing capacity of composite foundation.

Key words Cemented soil; Collapsed loess; Eliminate; Bearing capacity

前言

湿陷性黄土是大孔隙、非饱和的欠压密土，在我国西北地区广泛分布[1]。湿陷性黄土地基处理方案设计一般都要达到消除或减弱场地湿陷性、提高地基承载力和压缩模量的目的[2]。常用的地基处理方式有换填垫层法、强夯置换法、灰土挤密桩法和素土挤密桩法等[3]。但对于高层建筑，采用一般的地基处理方法很难满足其对地基承载力的要求，如何采用较为节省的方法消除地基土湿陷，同时大幅提高地基承载力是此类地基处理需解决的方向。本文在对前人研究成果综合分析的基础上，结合相关工程经验对湿陷性黄土地区水泥土挤密桩法处理湿陷性做出初步研究。

1工程概况与地质参数

1.1 工程概况

拟建某高层住宅，场地地形东高西低，地面高程为535.38～541.63m，地貌单元为黄土塬区，本场地稳定水位埋深56.3 ～57.7m，地下水属孔隙潜水类型。本工程地上18层，地下 1 层，采用剪力墙结构，筏板基础，建筑高54.1m，基底压力为320kPa。采用静压成孔水泥土挤密桩施工工艺，水泥土比例为水泥∶土=1∶6，桩孔间距采用1.3m进行试桩。

1.2 地基参数

拟建建筑属乙级，岩土工程勘察等级为甲级;拟建场地为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷性等级为Ⅳ级。勘探深度范围内岩性主要为第四系松散堆积物，即由全新统人工填土、上更新统风积黄土、残积古土壤和中、下更新统风积黄土等组成。与设计有关的各层地基土物理力学指标见表1。

2水泥土挤密桩处理黄土湿陷性的机理研究

挤密工法主要采用非取土成孔挤密法、预钻孔填料挤密法等。非取土挤密法主要在成孔过程中挤密桩周土，以增加桩孔间周地基土的密实度，并在桩孔中分层填以素土、灰土、水泥土，土等或夯扩成桩，从而形成由桩间（周）挤密土与桩体共同承担上覆荷载的复合地。水泥土挤密桩的挤密效果与土的原始含水量以及土的干密度密切相关。当含水量过低时，由于土呈坚硬状态，塑性小，土不易被挤压，有效挤压区相应减小;当含水量过高时，由于挤压引起超静水孔隙压力，使土体只能向外围移动而促使挤密作用减小，且孔壁附近的土因受到扰动而导致强度降低。因此，拔出桩管时，桩孔容易出现缩颈、回淤等现象。所以，成孔挤密时，土的含水量接近最有含水量时挤密效果最好，亦易于施工[4]。

2.1 水泥土挤密桩的作用机理

水泥土挤密桩是将水泥和土料在孔外充分拌匀然后回填孔内并强力夯实形成具有一定强度的水泥土加固体，在此过程中，水泥和土体发生了复杂的物理、化学反应，起到了夯实挤密作用[5-6]。

（1）胶结作用。水泥和土体搅拌后，通过水解和水化反应生成可持续硬化的水化产物，有的颗粒通过离子交换使小颗粒凝结，其余则通过水泥自身水解增强吸附性而进一步胶结。

（2）夯实挤密作用。在夯击动力作用下土体结构会重新进行排列，体积压缩，密度增大，形成夯实水泥土的密实强度。

2.2 桩间地基土的作用机理

水泥土挤密桩是利用静压沉管或冲击成孔，由于成孔時的侧向挤压作用，使得桩间土得到第一次挤密，然后在桩孔内用水泥土拌合料分层夯填密实，夯填过程中，又对桩间土进行第二次挤密[7]。

3水泥土桩施工及检测

3.1 施工工艺

水泥土挤密桩施工工艺流程为：成孔—制备水泥土一夯填成桩。成孔是水泥土挤密桩加固地基的第一步，本工程使用ZYJ860BG液压静力压桩机采用静压沉管成孔分层夯实回填工艺。静压沉管成孔后应采用不小于1.8t的重锤分层回填夯实，填料前空夯8-10击，孔内填料采用接近最优含水率的素土，要求压实系数不小于0.97，桩间土平均挤密系数不小于0.93，最小挤密系数不小于0.88。

3.2 试验检测

（1）湿陷性试验结果。本次试验在该场地内挖探井3眼，探井编号为T1～T3，每井探眼取样15件，取样深度为基坑底往下1m开始，每间隔1m取桩间土大样，3眼探井共取45件桩间土大样。根据土工试验资料，45件土样湿陷系数δs均小于0.15，说明桩间土湿陷性已经消除。

（2）桩间土平均挤密系数试验结果。3眼探井在两桩中心及桩体外10cm共取90件桩间土环刀样，进行桩间土挤密系数试验。土工试验结果表明：3眼探井桩间土平均挤密系数平均值为0.93～0.94，桩间土挤密系数平均值满足设计要求。

（3）桩体压实系数试验结果。3眼探井中共取6根桩90件桩身土样，进行干密度试验。土工试验结果表明：桩体压实系数平均值为0.97～0.98，压实系数满足设计要求。

（4）承载力试验结果。本次试桩进行复合地基静载试验3台，试验编号为 S1、S2、S3。各试验点最大加载量均为800kPa，分8级加载，每级加载增量100kPa。当荷载加至700kPa时，3台试验点累计沉降量分别为18.79mm、18.40mm、17.77mm，从P-S曲线来看，试验曲线为缓变形，比例界限不明确。当荷载加至最大荷载800kPa时，累计沉降量猛增至39.77mm、42.46mm、37.25mm，均未出现极限破坏，但最后一级沉降增量较大，试验沉降P-S曲线图1、图2、图3。地基承载力极限值可按700kPa取用，即本次试桩工程复合地基承载力特征值为350kPa，满足要求。

4结束语

通过对处理前后地基土湿陷性、承载力数据的对比分析可知：

（1）由水泥土挤密桩处理过的复合地基对湿陷性黄土的强度有明显提高，能够有效增强黄土地基的抗变形能力，能大幅提高地基承载力，满足地基承载力要求。

（2）能够有效消除地基处理范围内黄土的湿陷性。

（3）丰富了在黄土地区的工程实践经验，对研究湿陷性黄土地质特性具有一定的参考价值。

（4）水泥土挤密桩处理地基应用广泛，但对特殊环境、不同地质条件并存的情况还需更多探索。

参考文献

[1] GB 50025-2004.湿陷性黄土地区建筑规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2] 闫志芳.湿陷性黄土地区建筑物地基处理方案优选研究[D].西安：西安建筑科技大学，2014.

[3] 林良进.地基处理选择与桩基选型研究[D].厦门：厦门大学，2009.

[4] 范森.水泥土挤密桩处理湿陷性黄土路基技术研究[J].价值工程，2017，（12）：136–139.

[5] JGJ94-94.建筑桩基础技术规范[S].北京：中国标准出版社，1994.

[6] 俞宾辉.建筑地基基础工程施工手册[M].北京：人民交通出版社，2005：27-42.

[7] 孙建龙.灰土挤密桩加固湿陷性黄土地基机理与施工[J].山西建筑，2008，（29）：145-147.

作者简介

程浩（1985-），男，河南信阳人，毕业于西安科技大学建筑与土木工程专业，硕士研究生，现就职于陕西省土地工程建設集团，研究方向：岩土工程。