太原东山黄土特征及螺旋静压沉管挤密处理方法的应用探讨

2021-01-06慕凤林

河南建材 2021年9期

关键词：陷性静压成孔

慕凤林

太原市建筑设计研究院岩土所（030002）

0 前言

山西省太原市东山地区发育较厚的黄土，多为Q3纪马兰黄土，是在典型的干旱、半干旱气候条件下形成的，天然状态下具有一定黏聚力，但一旦受水浸湿后，在一定的压力下，土的结构迅速被破坏，形成明显的沉降变形。

根据所收集的资料，东山黄土主要分布在柏杨树、涧河、享堂新村、敦化坊、小枣沟、剪子湾、凯旋街、马道坡、五龙口、伞儿树、王家峰、东太堡、店坡村一线，伴随地势变化，黄土厚度也有所差别，冲沟内黄土厚度较小，台地黄土厚度较大，局部厚度接近30 m。

1 太原东山湿陷性黄土的特征

含水率较低，上部黄土的含水率介于5%～25%，其大小与场地的地下水位深度、降雨量及土层深度有关，含水率约10%的占80%。

干密度较小，黄土的干密度介于1.1～1.8 g/cm3，小于1.5 g/cm3的占90%以上。

孔隙比较大，黄土的天然孔隙比变化范围介于0.80～1.20，大多数在1.0～1.1。随着深度的加大，孔隙比逐步变小。

湿陷性较大，黄土的湿陷系数在0.015～0.170，自重湿陷系数在0.015～0.145。大多数为自重湿陷性黄土场地，地基的湿陷等级为III～IV级。

2 太原东山湿陷性黄土地基的挤密处理方法应用探讨

太原东山地区的黄土大面积分布，所以其研究价值也相对较高。当地的建筑物地基处理常用方法也较多，如强夯法、垫层法、灰土挤密桩法、孔内深层强夯法等，这些方法在东山地区颇为常用。其中挤密法在当地大量使用，该方法可消除湿陷性，对于地基土的承载力提高也具有很大帮助。文章对太原东山湿陷性黄土地基螺旋静压沉管挤密处理方法的应用进行了探讨。

挤密桩处理方法是目前东山地区非常成熟的一种湿陷性黄土场地处理方法，其处理原理就是在成孔过程进行横向挤压处理。该工法优点在于处理了土层的湿陷性问题，在对土体承载力提升方面也具有一定利好。该工法缺点在于，在处理后将复合地基承载力控制在250 kPa左右，不适用于对高层或超高层建筑的地基处理。一般情况下，挤密桩的处理深度会控制在5～20 m，对设备限制较大。在冲击成孔过程中噪声较大，对周边居民影响较大[1]。

在山西省太原市迎泽区，南内环东街以南、迎泽区人民医院及王家峰小区以西，双塔南巷南北两侧的一个项目采用了螺旋静压沉管挤密处理方法。

该项目黄土呈褐黄色，含云母、煤屑、氧化物、钙质菌丝、钙质结核等，可见虫孔，局部夹有湿陷性粉质黏土，稍湿，稍密，中～高压缩性。含水率介于10%～15%，其大小与场地的地下土层深度有关，平均含水率约12%。干密度介于1.4～1.65 g/cm3，平均值为1.5 g/cm3。天然孔隙比变化范围介于0.85～1.10，平均值为1.0。随着深度的加大，孔隙比逐步变小。湿陷性较大，黄土的湿陷系数在0.015～0.115，自重湿陷系数在0.015～0.085，为自重湿陷性黄土场地，地基的湿陷等级为Ⅱ级。天然地基承载力特征值100 kPa。

本工程采用静压成孔重锤夯实挤密桩消除场地湿陷性。成孔时桩孔原有位置土体被强制侧向挤压，桩周一定范围内的土层相互叠加挤密，密实度提高。施工成孔钢管压入黄土层时，桩管周围地基土受水平挤压作用，管周围一定范围内的土在水平各个方向产生位移，减小孔隙率，增加密实度，消除湿陷性。在挤密桩成桩后，由于桩的变形模量远大于桩间土的变形模量及桩间土侧向约束作用，从而降低桩间土的侧应力，限制土的侧向挤压力，使地基更加稳固。在挤密桩与地基土的共同作用下，刚度较大的桩体受到较大的附加应力，消除了持力层内大量的压缩变形和湿陷变形的不利因素[2]。而且该工艺噪声较小，对周边环境影响较小，在城区也可以采用。

设计要求挤密桩桩径为560 mm，桩间距1.3 m，正三角形布置，总桩数23 548根，静压成孔重锤夯实挤密桩孔内的填料采用素土，孔内填料、桩顶垫层的压实系数均不应小于0.97,桩间土最小挤密系数不宜小于0.88，平均挤密系数不小于0.93。重锤夯实工艺，重锤不小于1.5 t，填料前应空夯不小于8击。消除湿陷性及提高承载力至160 kPa。

施工前在现场进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验，确定了分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求。履带式打桩机为自行式，可直接驶入靠近钻孔位并将钻头中心直接对准钻位中心，在精确调整机架的垂直度后，将钻头精确定位，桩机就位对正桩位后调平，垂直与桩点成一线，成孔机械保持稳定，垂直度偏差不大于孔深的2.5%，成孔中心偏差不超过桩径的1/4，桩施工顺序先外排后里排，同排内间隔2孔进行，采取分段施工，以免因挤压造成相邻孔缩孔或坍孔。将带有特制桩尖的钢制桩管压入土层中至设计深度，然后缓慢拔出桩管即成桩孔，成孔深度满足图纸要求，孔径400 mm，成好一个孔用盖板盖一个孔，自检并经监理验收后成孔后应清底夯实、夯平，夯实次数不少于8击，并立即回填素土。桩孔分层回填夯实，每次回填厚度为300 mm，重锤夯实工艺，一般落锤高度不小于2 m，每层夯实不少于10锤。施打时，逐层以量斗定量向孔内下料，逐层夯实，均匀地向桩孔下料、夯实。桩顶高出设计标高15 cm，挖土时将高出部分铲除。施工时对桩位偏差、垂直度、桩径进行了检查，均符合规范及设计要求[3]。

施工完成后，进行了第三方检测，通过复合地基静载荷试验确定本工程挤密桩试桩复合地基承载力特征值是否满足设计要求，承载力检测试验取样为不少于总桩数的1%，且每项单体工程复合地基静载试验不应少于3点。

根据检测报告试验最终加荷至320 kPa，最终沉降均小于10 mm，载荷试验点P～S曲线呈圆滑型，特征点不明显，无明显陡降段，按相对变形s/b=0.008所对应的承载力大于最大加荷值。根据《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340—2015）第5.4.3条，按相对变形确定的承载力特征值不应大于最大加荷值的一半，因此取最大加荷值的一半160 kPa作为该检测点的复合地基承载力特征值[4]。

通过探井取样及室内土工试验，确定本工程挤密桩试桩桩体平均压实系数及桩间土平均挤密系数是否满足设计要求，并确定桩长深度范围内地基土湿陷性消除情况。探井采用人工挖掘，井壁刻取I级土样，取样间距1.0 m，平均干密度的取样自桩顶向下0.5 m起，测点在距孔心2/3孔半径处，桩体干密度取样自桩顶向下0.5 m起。对所取探井桩间土样均进行了双线法测湿陷系数及湿陷起始压力，并测定自重湿陷系数[5]。

在不同深度处取桩间土扰动样若干，进行击实试验，测定最大干密度、最优含水量。根据室内击实试验数据，本工程素土最大干密度为1.81 g/cm3，最优含水量为14.0%，桩体的平均压实系数不小于0.97，桩间土的平均挤密系数不小于0.93，满足设计要求。

根据室内土工试验结果，本工程挤密桩处理范围内桩间土湿陷系数及自重湿陷系数均小于0.015，桩长深度范围内地基土湿陷性已经消除。