湿陷性黄土灰土挤密桩

湿陷性黄土灰土挤密桩（共9篇）

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇1

引言

兰州地区是一个高山丘陵环绕的西部城市, 位于我国湿陷性黄土地质分区的陇西地区, 湿陷性黄土分布较广, 黄土覆盖层厚度通常大于10m, 失陷等级多为Ⅲ—Ⅳ级, 湿陷性敏感。在这样的地质之上建造房屋必须要消除土质湿陷性。

湿陷性黄土是一种特殊性质的土。在天然含水时, 往往具有较高的强度和较小的压缩性, 承载力较为稳定。但在水侵蚀后, 水分子渗入土颗粒之间, 颗粒接触点处的可溶性胶结物软化并逐渐溶解, 土壤原有的密实性破坏土的抗剪强度迅速降低, 在土的自重和建筑物荷载作用下, 结构逐渐破坏, 从而导致地基湿陷, 引起上部建筑物的不均匀下沉变形, 对建筑物的危害很大。

湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性, 提高地基的承载力。常用的处理方法有:灰土垫层、土桩、灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础等。不同地区应因地制宜, 通过技术经济比较后合理选用。

1 工程概况

兰州某高校3号学生公寓位于兰州市城关区桃树坪, 建筑场地位于黄河南岸, 地貌单元属山前黄土台地, 建筑面积10768m2, 6F框架结构公寓楼, 独立基础, 抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度值0.15g。场地为自重湿陷性场地, 湿陷等级为IV级 (很严重) 。地基土性能不能满足建筑物对地基的要求。为了提高地基土承载力和消除湿陷性, 确定对该工程的湿陷性黄土地基采用灰土挤密桩进行处理。设计桩孔直径400mm, 孔心距900mm, 按等边三角形布置, 孔内填3:7灰土。

2 地质概述

地质勘察勘探显示该区域地质情况:黄土状粉土, 黄褐色、土质较均匀、可见少量白色条纹状盐类粉末及片状黏性土, 摇振反应中等、无光泽反应、韧性低、干强度低, 稍湿、稍密—中密, 风积成因。该层厚度较大, 未穿透, 最大揭露厚度35.0m;最大干密度平均1.69g/cm3, 最优含水率平均值16.4%;地基承载力特征值fak=120KPa, 压缩模量Es=8.0MPa;自重湿陷性场地, 湿陷等级为IV级 (很严重) , 最大湿陷深度为25m。

3 灰土挤密桩施工工艺及注意事项

灰土挤密桩法是利用机械强力在地基土中成桩孔, 在成孔过程中桩孔部位的土体全部向四周扩散, 使桩孔四周一定距离内的天然基土横向得到挤密。然后在桩孔中逐层夯填3:7 (2:8) 灰土, 带有负电荷的土颗粒与灰土中的钙离子Ca+发生交换吸附, 能在土颗粒表面凝结成团块, 从而改善土力学性能。随着土颗粒表面或邻近氧化钙微粒与水接触, 氧化钙颗粒溶解, 和水中胶质二氧化硅发生反应, 生成硅酸钙水化物, 使土颗粒缠绕在一起, 产生胶结强度形成大的整体受力平台。通过挤密和固化胶结, 土体干密度增加, 压缩性降低, 湿陷性消除, 提高了地基承载力。

3.1 施工准备

在正式施工前需要做好以下准备工作:

3.1.1

土方开挖必须按照批准的专项施工方案组织施工, 基坑较深时要做好边坡防护, 避免打桩时的震动造成边坡的塌方。同时做好场地周边建筑物的保护和监测以及与周围居民的关系协调。

3.1.2 开工前进一步向业主核实施工区地下管线情况。

做好管线的改迁, 地下情况不明时有必要通过挖沟槽检查, 以免发现不明管道影响施工。

3.1.3 地质条件决定施工工艺, 地质勘查要仔细。

了解土壤成分、地质分层等情况, 尤其是土壤含水量的多少影响施工成孔质量:

含水过低, 土层缺乏黏性。在拔桩过程中桩壁土不稳定产生大量回落土, 桩底形成松土层桩体扎根不牢。根据土质具体条件可以预先注水加湿也可边注水边打桩。

含水过高, 拔桩困难。土过湿成为“橡皮土”打桩钢桩上下回弹桩体不下沉, 同时拔桩时桩与土相互粘结拔桩困难且桩孔易颈缩。

3.2 成孔

挤密桩桩体成孔易采用隔行、隔列、间隔跳打的方法4遍成孔, 由外向里施工。成孔后应及时夯填。成孔、成桩顺序如图所示, 圈中数字表示打桩顺序。

为了更好的指导施工应该在具有代表性的地段进行试桩。根数为9~16根成3×3或4×4平行四边形布置。通过试桩可根据现场的实际情况对方案的可行性进行验证。调整机械参数、确定注水量、沉桩速度、填土量、夯实方式等内容。

3.3 成桩

成孔后对桩孔及时回填, 避免后成孔破坏已成孔。回填用3:7 (或2:8) 灰土中的石灰和素土应除去杂质和大颗粒, 质量符合规范, 严格控制素土含水量 (通过灰土击实实验确定) 。制定专项方案确定重锤重量、回填方式等。桩心土回填一般按照“三掀五锤”控制, 在孔口三米处开始加密锤击次数, 对每一桩孔实际填料数量做好详细记录。施工中严格执行《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002、J220-2002和《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004。重点检查桩点位置、桩孔质量、桩间土挤密效果、桩孔夯填质量。确保桩体的均匀性及密实效果, 使处理后的地基满足设计要求。

3.4 挤密效果检测

采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基, 依据《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004附录的规定, 进行桩间 (心) 土密实性检测和静载荷试验。

该工程静载荷试验点共24个。设计承载力标准值为220kPa, 静荷载实验显示相应沉降量 (s) 为4.45mm~5.87mm, 均小于设计要求7.56mm。从24个静载荷试验点的地基承载力特征值检测结果来看, 虽然原天然土湿陷性等级较严重, 但在灰土挤密桩处理后, 其湿陷性能够很好地消除, 桩体的压实系数和桩间土的挤密系数也都能满足要求达到较好的处理效果。

3.5 施工中注意的问题

3.5.1 施工时间选择。

大部分施工单位将土方工程安排在冬季施工, 冬季打桩一方面有人员、机械降效, 另一方面表皮土层的结冻使得钢桩定位困难容易串孔, 且冻土层成片开裂影响桩头质量。冬季不适合灰土桩的大量施工。

3.5.2 施工队伍人员配置合适。

老中青合理搭配, 既保证有老的技术熟练工又有年轻的劳动力, 传帮带工作落实到位, 培养了后备力量也保证了工程质量。现场年轻人太多容易产生矛盾、且流动性大不利于施工管理。

3.5.3

施工中经常出现桩孔塌陷缩孔现象, 应提早制定切实可行的预防方法。

4 处理结果

该工程挤密地基, 24个静载荷试验点在自然含水量状态下的地基承载力特征值, 均大于220KPa, 消除了部分湿陷量, 满足了规范的要求, 同时地基承载力由120KPa提高到220KPa, 完全满足了在湿陷性黄土地区进行多层房屋建设的要求, 取得了很大的经济价值和社会效益是一种值得推广的地基处理方法。

摘要：文章从黄土成因入手, 通过工程实例介绍了湿陷性黄土地基常见加固处理方法, 重点分析了灰土挤密桩现场施工方案和注意事项, 得到灰土挤密桩法处治黄土湿陷性的基本效果, 以期为相关领域的理论研究提供参考。

关键词：灰土挤密桩,湿陷性,黄土地基

参考文献

[1]龚晓南.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[2]中国建筑科学研究院.JGJ9422008建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002) .

[4]湿陷性黄土地区建筑规范 (GB50025-2004) .

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇2

灰土挤密桩法属于一种柔性桩复合地基，它是通过夯实的桩身和挤密的桩间土提高地基强度，又通过桩间土的挤密达到消除湿陷性的目的，是湿陷性黄土地区重要的地基处理方法之一，

灰土挤密桩一般适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土，处理深度5-15m，处理宽度两端要超过基础宽度的0.25倍，并不应小于0.5m，

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇3

关键词：灰土挤密桩与CFG二元复合地基 高层建筑 消除湿陷 承载力 沉降

0.引言：

灰土挤密桩与CFG二元复合地基中灰土挤密桩以消除湿陷为主要目的以提高承载力为次要目的，CFG以提高承载力为主要目的最终形成的灰土挤密桩与CFG二元复合地基既消除了湿陷又提高了承载力还可以降低沉降，扬长避短，一举多得最终取得了较好的处理效果。所谓二元复合地基是指采用两种不同的地基处理方式增强土体强度扬长避短最终较好的处理结果以满足设计要求。

1.工程概况

某商住楼是带有裙房的高层建筑，主楼大致呈矩形，东西长约36.7m南北宽约18m

地上30层地下1层剪力墙结构筏板基础，基础板厚1.2m, 根据《岩土工程勘察报告》基础落在第二层湿陷性粉土层上,地基承载力130kPa不能满足上部结构的要求,故地基需进行处理。经过方案优选此部分地基处理先采用灰土挤密桩桩径400间距1000正方形布点处理来消除湿陷，处理完后消除湿陷并提高承载力至190Kpa,然后再插打桩径400间距1000的CFG桩处理完后的地基承载力特征值不小于480 Kpa

2灰土挤密和CFG二元复合地基设计

按照上部结构设计要求，灰土挤密桩灰土挤密桩与CFG二元复合地基承载特征值不小于480Kpa

2.1复合地基承载力特征值设计计算

桩径D＝400mm，桩距1000mm，正方形布桩。桩顶标高为884.44桩长穿透湿陷层

又根据《建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）》(以下简称为《JGJ79》)14.2.8条，灰土挤密桩和土挤密桩复合地基承载力特征值，应通过现场单桩或多桩复合地基载荷试验确定。初步设计当无试验资料时，可按当地经验确定，但对灰土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的2.0倍，并不宜大于250kPa；

2.2复合地基沉降计算

2.2.1计算示意图

沿竖直方向的计算沉降区域分为三部分：灰土挤密桩和CFG均有部分，CFG桩长处部分和下卧层区域部分，从上至下分为H1,H2,H3.基础底面处的附加压力为P0=340Kpa.

3复合地基检测试验

（1）根据室内实验结果，在300Kpa浸水压力下，桩间土试样湿陷系数均小于0.015即检测深度范围内桩间土湿陷性已全部消除。

（2）本次进行3组灰土挤密桩与CFG桩组合而成的二元复合地基载荷实验结果确定该工程灰土挤密桩与CFG桩组合而成的二元复合地基承载力特征值为500Kpa满足设计要求

（3）灰土挤密桩与CFG桩组合而成的二元复合地基载荷实验p-s曲线见试验载荷板尺寸为1㎡

4实测沉降数据与理论计算结果的对比

载荷试验加载到设计要求的载荷时测得沉降三个试验点数据分别为25.61mm,26.91mm,28.61mm平均沉降量为27.043与理论计算值基本接近。

5结论

（1）采用由灰土挤密桩与CFG桩组合而成的二元复合地基处理高层建筑自重湿陷性地基是可行的。该方法的应用基本消除了该地基的湿陷，满足了地基承载力与变形的要求。

（2）用现行的地基基础规范提倡的方法计算灰土挤密桩和CFG二元复合地基的沉降是简便可行的，与计算所得基本一致。

致谢：太原理工大学葛忻声教授在本文写作过程中提出了宝贵的指导和建议；太原市建筑设计院胡志强高工在工程设计当中提出了宝贵的的指导和建议；在此一并表示感谢。

参考文献

1、GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社，2002

2、JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇4

湿陷性黄土地基的处理方法其主要目的在于消除黄土的湿陷性同时提高地基承载力, 常用的处理方法有:换填法, 重锤夯实法, 强夯法, 灰土挤密桩法, 桩基础, 浸水预压法等。灰土桩是利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层预定深度后随之拔出, 在地基中挤土形成桩孔, 然后在桩孔中分层填入灰土, 夯实成桩。通过成孔过程中沉管对桩周土的侧向挤密作用来达到消除湿陷性的目的。成桩材料除了选取灰土外还可以选取素土, 土挤密桩与灰土挤密桩在消除湿陷性方面, 其效果基本相同或差别不明显, 但土挤密桩的地基承载力和水稳性不及灰土挤密桩[2]。在确定桩间距方面, 单桩成孔挤密试验结果的一般规律表明, 灰土挤密桩以消除湿陷性为目的时的单桩有效挤密区半径为距离孔心1.0~1.5倍桩径[3], 为此通常考虑将桩孔中心距离设计为2~3倍桩径较为合理且相对安全, 具体桩间距的取值还需要结合黄土的湿陷性情况以及承载力因素综合确定。

1 试验目的与场地概述

1.1 试验目的

本次试验重点解决的问题是:通过静载荷试验、桩间土挤密效果检测、浸水试验, 检测灰土挤密桩法消除黄土湿陷性、提高地基土承载力方面的效果, 总结可行的设备、施工工艺、相应的设计与施工参数。这一问题的解决对无可靠持力层的黄土场地的建设具有借鉴意义。

1.2 试验场地土的物理力学性质

场地原标高1651.418m, 试坑开挖后坑底标高1640.50m, 坑底以下依次为松散填土 (厚约17.6 m) 、冲填土 (厚约11.5m) 、黄土状粉土 (厚约2m) 、卵石层。原状土层的基本物理力学指标见表1, 从中可以看出10m以下土体干密度较大、孔隙比较小、不具有湿陷性, 故将沉管挤密桩长度设计为12m。

2 试验方案与方法

2.1 灰土挤密桩地基的设计

本次试验中灰土挤密桩桩径为450mm, 孔位按照正三角形布置, 按如下计算式确定孔心距:

式中:D———挤密填料孔直径 (m) ;

d———预钻孔直径 (m) ;

ρdmax———击实试验确定的最大干密度 (g/cm3) ;

ρd0———地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度 (g/cm3) ;

珔ηc———挤密后3孔间土的平均挤密系数。

本次实验中ρd0取1.32g/cm3, ρdmax取1.74g/cm3。由上式求得桩心距为0.996m, 取为1.0m, 此时复合地基的面积置换率为18.4%, 每根桩分担处理面积0.866m2。

2.2 施工

本试验沉管挤密主机采用ZB-24步履式打桩机, 桩锤为3.0t导杆式柴油锤。工具桩直径377mm, 扩大环外径450mm, 用JK-B型电动自行式夯实机带动夯锤进行夯填, 夯锤直径250mm (锤头直径280mm) 、长3.7m、重1.3t。用装载机进行填料拌合及填孔。

本次填料高度约1m, 夯锤落高4m。在锤重、落高及填料高度确定的情况下, 夯击土柱所需要的锤击数为5击。

2.3 静载荷试验

单桩复合地基载荷试验选3处测点进行。承压板直径1.05m, 承压板面积0.87m2。试验共分9级加载, 第一级加载100k Pa, 以后每级加载50k Pa, 最大加载值为500k Pa, 加载分级、测读时间、稳定标准等严格遵照规范有关要求。

2.4 桩间土挤密效果检测

桩间土挤密效果检验, 即在处理深度内分层取样测定三桩间挤密土的湿陷性、压缩性及最小挤密系数。每项工程的检验应在由三桩构成的挤密单元内, 布置取样探井, 探井深度要大于桩长, 以1.0m为一层分别用环刀取出土样进行检测。

2.5 浸水试验

地基处理完后, 在沉管挤密区进行试坑浸水试验。目的是验证地基处理效果, 了解水分渗透规律。现场试坑浸水试验试坑直径 (或边长) 不应小于湿陷性黄土层的厚度, 并不应小于10m。受试验场地尺寸限制, 本次浸水坑直径均为10m, 小于挤密地基处理厚度。浸水坑深0.5m, 浸水期间一直保持水头高度0.3m。沉降观测采用DS1水准仪进行, 每天观测一次。

3 试验结果与分析

3.1 载荷试验结果

由3处载荷试验所得的各试验点p~s曲线如图1所示。

此3处载荷试验点的p~s曲线均呈平缓过渡状, 加载至最大500k Pa均未出现极限破坏现象。1、2、3号试验点的最大沉降量分别为16.5mm、13.6mm、14.4mm。各检测点p~s曲线均为接近直线的平缓曲线且尾部均未出现陡降, 为此灰土桩复合地基承载力可按相对变形s=0.008d=8.4mm (d为载荷板直径) 确定, 在沉降达到8.4mm时, 各个测点对应的承载力特征值分别为284k Pa、327k Pa、317k Pa。

3.2 桩间土挤密效果检测结果

从表1给出的天然土的物理力学指标可以看出, 天然地基土在地下10m以内范围均具有湿陷性, 其中湿陷系数最小为0.018最大为0.065, 湿陷性系数大多集中在中等湿陷区间 (0.03~0.07) 。表2给出了地基土经过灰土挤密桩处理后的不同深度处7个土样的主要物理力学性质指标, 检测结果显示地基土干密度提高, 压缩性降低, 湿陷性系数均小于0.015, 可以判定桩间土湿陷性完全消除, 桩间土挤密效果良好。

3.3 浸水试验结果分析

各观测点变形的整体趋势是, 随浸水时间延续, 土体含水量增大、重度增大、压缩模量降低等产生的压密变形, 引起各观测点逐步轻微下降。受水分扩散速度影响, 处理范围外沉降观测点的变形在浸水后12d才产生。先期水分消散快、注水量大, 到后期浸水坑内形成水面。浸水61d场地平均总沉降13.25mm, 进一步证实, 经挤密处理后的黄土湿陷性完全消失。各观测点沉降见表3。

mm

注:浸水坑外沉降点距坑边1m, 处理范围外沉降点距坑边5m。

4 结论

1) 本次灰土挤密桩法处理湿陷性黄土的试验表明, 经过该法处理, 可以完全消除黄土的湿陷性, 同时显著提高地基土承载力, 降低地基土的压缩性;

2) 确定灰土挤密桩的合理桩间距是设计中的一项关键内容, 桩间距的变化不仅会带来复合地基承载力的变化, 而且会影响到地基土湿陷性的消除情况。在选取桩间距时可按照规范提供的公式进行计算, 也可通过经验, 由天然地基土的承载力、干密度、湿陷性以及处理后所要求达到的地基承载力等因素综合加以确定;

3) 对孔内填料的夯填效果会直接影响到桩体强度, 进而影响到整个工程质量。应确保孔内填料的含水量尽量接近其最优含水量, 且每次投料高度不宜过高。

摘要：结合工程实例, 介绍了灰土挤密桩在湿陷性黄土地基的设计方法与检测方案。试验数据表明, 经过灰土挤密桩处理的复合地基桩间土湿陷性完全消除, 地基承载力显著提高, 对兰州地区湿陷性黄土地基处理的设计和施工具有借鉴意义。

关键词：湿陷性黄土,灰土挤密桩,质量检测,浸水试验

参考文献

[1]高国瑞.黄土湿陷变形的结构理论[J].岩土工程学报, 1990, 12 (4) :1-10.

[2]唐业清.简明地基基础设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇5

灰土挤密桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等湿软地基。以消除黄土地基的自重湿陷性来提高地基土的承载力和增强其水稳性为主要目的。

2 灰土挤密桩法的主要特点

本方法的主要特点是开挖与回填工程量小,处理深度较深,相对造价低等。它的处理深度15 m～25 m,这是一般加固方法(如:置换法、重锤法、强夯法等)所难以达到的,是消除或减小厚度较大的黄土湿陷性的一种简便有效的方法。

3 灰土挤密桩法的加固机理

3.1 灰土的基本性质

石灰是一种最常用的气硬性胶凝物质,也是一种传统的建筑材料。但当熟石灰与土混合之后,将发生较为复杂的物理化学反应,其主要反应及生成物包括:离子交换作用凝硬反应并生成硅酸钙及铝酸钙等水化物,以及部分石灰的碳化与结晶等。由此可见,灰土的硬化既有气硬性,同时又具有水硬性,而不同于一般建筑砂浆中的石灰。灰土的力学性质决定于石灰的质量、土的类别、施工及养护条件等多种因素。用作灰土桩的灰土,其无侧限抗压强度不低于500 kPa。灰土的其他力学性质指标与其无侧限抗压强度fcu有关,抗拉强度约为(0.11～0.29)fcu,抗剪强度约为(0.20～0.40)fcu,抗弯强度为(0.35～0.40)fcu。灰土的水稳定性以软化系数表示,其值一般为0.54～0.90,平均约0.7。若在灰土中掺入2%～4%的水泥时,软化系数可提高到0.80以上,能充分保证灰土在水中的长期稳定性,同时灰土的强度也可提高50%～85%。灰土的变形模量为40 MPa～200 MPa,但其值随应力的增大而降低。据试验分析,灰土桩顶面的应力在设计荷载下一般为(0.40～0.90)fcu,超过了灰土强度的比例界限,有的甚至已达到极限强度,这是灰土桩工作的主要特点。

3.2侧向挤密

土中成孔时,桩孔内原有土体被强制侧向挤出,使桩体周围一定范围内的土层受到挤压、扰动和重塑。一般认为,沿桩间土体应力的变化与圆柱形孔洞扩张时所产生的引力变化相似。在半径为Ru的桩孔外产生半径为Rp的塑性区,塑性区外为弹性区。因土体挤压而形成挤密区,挤密区可划分为有效挤密区和一般挤密区。有效挤密区指被挤密的土的孔隙比减少,干容重增大,承载力和全部消除湿陷性均能满足要求。一般挤密区指有效挤密区外边界线至弹塑性分界线之间的土体,在成孔挤密作用下,土性有所改善,土的干容重增加,孔隙比减小,消除湿陷性不能全部满足要求。

3.3垂直荷载下灰土桩的变形

在垂直荷载作用下,以桩长L=6d～8d灰土桩为例,在压实度Kc>0.95时,灰土桩在极限荷载作用下,桩顶面的应力为无侧限抗压强度的50%～100%,灰土已处于应力应变曲线的过渡阶段或已达到破坏阶段。灰土桩的破坏于桩顶至以下1.0d～1.5d范围内,破坏形式一般为顶面压裂、横向压裂、斜向压裂3种情况。灰土桩桩顶沉降主要由桩身压缩变形引起,约为总沉降量的57%～77%,而桩身总压缩变形量中,距桩顶1.0d～1.5d范围内约占60%～74%,有时灰土桩即使达到破坏,而桩的下段沉降也很小,其压缩变形受灰土龄期的影响。灰土龄期短的灰土桩,压力传递深度为6d～10d,龄期长的灰土桩,应力传递深度随之加深。当桩长接近有效桩长和桩体强度大于桩周总摩擦力时,桩受力后除了发生桩上部的压缩变形外,还发生桩下部位移,即还发生桩与桩侧土的相对位移。

3.4荷载传递深度

根据研究,实测桩身应力,在桩身1.0d～1.5d深度内,应力为桩顶荷载的60%,深度6d时,为桩顶荷载的10%。桩顶荷载仅在有限深度范围内传递时有效传力深度Zn可按下式计算:

其中,P1为灰土桩的极限抗压强度,kPa;d为灰土桩直径,m;a为经验系数,一般为1.5～2.0;f为桩周摩擦力,kPa。

4灰土挤密桩在地基中的作用

4.1分担荷载,降低上层土中应力

灰土桩的变形模量高于桩间土数倍至数十倍,因此在刚性基础底面下灰土桩顶的应力分担比相应增大。如果基底平均压力增大时,桩土应力比将有所降低并趋于稳定。由于占基底面积约20%的灰土桩承担了总荷载的1/2左右,其余1/2荷载由占基底面积约80%的桩间土分担,从而使土的应力降低了30%左右。基底下一定范围(约2 m～4 m)内桩间土的应力降低,可使主要持力层内地基土的压缩变形显著减少,并可能部分或全部消除其湿陷性。

4.2桩对土的侧向约束作用

灰土桩具有一定的抗弯和抗剪刚度,即使浸水后也不会明显软化,所以它对桩间土具有较强的侧向约束作用,阻止土的侧向变形并提高强度。载荷试验表明,桩间土在压力达到300 kPa的情况下,通常p—s曲线仍呈直线形,说明桩间土体仅产生竖向压缩变形,这在天然地基或土桩挤密地基中很少见到。

4.3提高地基的承载力和变形模量

现场试验和大量工程经验证明,灰土桩挤密地基的承载力标准比天然地基可提高1倍左右;其变形量高达21 MPa～36 MPa,大约是天然地基的3倍～5倍,所以可大幅度减少建筑物的沉降量,并消除黄土地基的湿陷性。

综上所述,灰土桩具有分担荷载和减少桩间土应力的作用,但其荷载有效传递的深度也是有限的,在有效深度以下桩土应力趋于一致,两者不再产生相对位移,而灰土桩加固地基的作用仍然存在。

5灰土挤密桩施工

在山西某高速公路施工中,作者有幸组织实施灰土挤密桩施工15万m。该路段长73 m,湿陷性黄土厚度达20余米,地基承载力低,不能满足路基填高7 m的要求,因此设计单位提出采用灰土挤密桩施工,灰土桩L=15 m,桩孔直径d=40 cm,呈等边形布置,孔中心距1 m,填料采用2∶8石灰土。要求:孔内夯填压实系数不小于97%。主要施工工艺及质量控制如下。

5.1施工准备

1)测量放样:按设计图纸准确放样定位,分排确定出桩孔中心点。2)机械、劳力准备:3台16 m锤击沉管成孔,6台回填夯实机,劳力36人。3)材料准备:经试验后合格的消石灰、素土,并按2∶8的体积比例拌和均匀,掌握最佳含水量,颜色一致,为防止水分蒸发用塑料布覆盖。

5.2成孔

成孔应间隔施工,成孔过程中要严格控制好沉管垂直度以确保孔的倾斜度。成孔深度要大于设计深度30 cm～50 cm,防止拔管后孔壁土体回落影响桩长。检测桩孔深度、倾斜度、桩孔间距孔径,检查是否有缩颈或孔内塌土等。

5.3回填及控制

桩孔检验合格后应及时回填。回填前要经过试验根据不同的锤重和落差总结出最佳夯实锤次和回填量,严格按试验结果来控制施工。回填前先夯实孔底,再分层定量回填拌制好的灰土进行夯实。灰土桩的质量控制关键在于施工过程控制,必须要有责任心强的专业技术人员现场负责并翔实记录,若发现问题及时分析研究处理。灰土拌合量要当日拌当日用完,存放时间不宜过长。人工填料与机械夯实的协调配合同样重要,填料过快过多导致机械夯实不及时是影响桩体质量事故的主要原因。

5.4桩体检测与复合地基承载力检测

成桩一个月后,通过对不同深度的桩间土采用探井法取样试验及复合地基载荷试验结果表明,桩体压实系数和桩间土挤密系数及复合地基承载力特征值分别为0.95,0.97,230 kPa,均能满足设计要求。

6结语

地基处理是一门复杂的学科,作为一名公路工程技术人员,在工作中时常遇到不同的地基处理难题,只有通过不断学习总结及与同行互相交流才能逐渐提高自身专业素质和业务水平。本文难免有不妥之处,敬请同行批评斧正。

摘要：介绍了灰土挤密桩法适用的地质环境及加固处理的目的,分析了灰土挤密桩法的加固机理,研究了灰土挤密桩在地基中的作用,通过具体工程实例,阐述了灰土挤密桩的施工,从而推广灰土挤密桩在湿陷性黄土地基中的应用。

关键词：灰土挤密桩,湿陷性,黄土地基,机理

参考文献

[1]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2]黄生文.公路工程地基处理手册[M].北京:人民交通出版社,2005:6.

[3]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇6

关键词：灰土挤密桩,湿陷性黄土,设计

1影响灰土挤密桩挤密效果的施工参数

灰土挤密桩加固作用的原理主要是与复合地基原理相关, 这是由灰土挤密桩的性质等因素决定的。根据上述原理及理论, 我们可以分析得出:灰土桩的置换率、灰土桩的强度和灰土桩的长度是决定灰土挤密桩挤密效果的三个重要因素。

总结前人的研究成果, 并结合相关的理论研究实际, 我们可以得到处理后的桩间土的承载力特征值按下式估算:

fspk=mfpk+ (1-m) fsk。

其中, fspk为复合地基的承载力特征值;fpk为桩体的承载力特征值;fsk为桩间土的承载力特征值;m为桩土面积置换率, m=d2/d${}_e^2$。

灰土桩的布置方法一般按正三角形布置。按正三角形布置时, de=1.05s。

桩体的直径一般情况下是一个固定的值, 这个值与设备的相关情况发生联系, 因此, 处理后的复合地基的承载力特征值fspk就只与桩体的承载力特征值fpk和桩间距s有关, 桩体的承载力特征值fpk和桩间距s是控制施工质量的关键性指标。

1) 桩体的承载力特征值fpk。

桩体的相关材料的组成、比例以及压实度对桩体的承载力特征值fpk产生直接的影响。一般情况下, 针对桩体的相关材料中要包含黄土和消石灰, 按照相关规定和要求所确定的灰土比一般为2∶8。

消石灰的参数要求为按JC/T 481-92标准应为钙质消石灰粉的合格品, 即有效氧化钙和氧化镁 (CaO+MgO) 含量不小于60%, 含水率不大于0.2%～4%, 0.9 mm筛筛余不大于0.5%, 0.125 mm筛筛余不大于15%。黄土应纯净, 土料应过筛, 筛孔孔径不大于20 mm, 含水量按击实试验确定的最优含水量±2%。

确定桩体材料中的灰土比、消石灰质量、黄土质量等相关指标和因素以后, 对于桩体承载力特征值fpk产生影响最大的因素就变成了桩体的压实系数。

影响桩体的承载力特征值fpk的主要因素为桩体的压实系数。按GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范的相关要求, 桩体的压实系数不得小于0.97。但由于现场施工设备的施工能力不同, 达到桩体的压实系数需要的回填灰土厚度不同。设备动力强, 可一次回填的厚度大;动力差, 则一次回填的灰土厚度小。

因此, 最终决定桩体的承载力特征值fpk的具体施工参数为回填灰土厚度。

2) 桩间距s。

灰土桩的桩间距s大小决定了桩土面积置换率, 间距越大, 面积置换率越低, 复合地基中由桩体承担的承载力越少, 因此复合地基的承载力特征值越小。

为了消除黄土湿陷性, 可以通过调节灰土桩的桩间距, 因为这个间距最终决定了灰土桩的挤密效果。在进行挤压成孔操作时, 是将桩孔原有的土强制向内挤出, 挤压桩附近的土层, 排除土中多余空气, 加大土的密实程度, 从而有效的提高土的承载能力。土体挤密范围, 是从桩孔边向四周减弱, 孔壁边土干密度可接近或超过最大干密度, 也就是说压实系数可以接近或超过1.0, 其挤密影响半径通常为1.5d～2d (d为挤密桩直径) , 渐次向外, 干密度逐渐减小, 直至土的天然干密度, 试验证明沉管对土体挤密效果可以相互叠加, 桩距愈小, 挤密效果愈显著。

3) 桩长。

桩长设计的目的就是为了有效及时的消除地基湿陷性、提高地基承载力和减少沉降, 从而有效地提升整个工程的质量。灰土桩的桩长应穿透湿陷性黄土。在我国某些地区, 诸如我国西北地区有大厚度黄土的情况下, 这种情况就对桩提出了更高的要求, 桩长不能穿透全部厚度的湿陷性黄土, 灰土桩的桩长按灰土桩的单桩承载力用计算摩擦桩的方法计算。

根据上述分析结果, 再结合我们多年来在实际施工中总结的部分经验, 发现在阜新—朝阳等类似的高速公路选择桩间距s为1.1 m和1.5 m, 填土厚度分别为0.5 m, 0.8 m, 1.1 m, 1.4 m, 1.7 m, 2.0 m, 2.3 m和2.6 m进行试验。试验分两个场地进行, 其中K301+602～K301+622场地采用沉管成孔桩机成孔, 夯锤强夯挤密压实;K398+460～K398+480场地采用沉管成孔桩机成孔, 回填后用沉管成孔桩机挤密压实。

2灰土挤密桩的施工方案设计

2.1 灰土挤密桩的施工方案设计

成孔桩的直径应为0.4 m左右, 其形状要布置成正三角形;而对于灰土桩的桩间距应该控制在1.1 m和1.50 m各一组。桩体材料为消石灰和土, 体积配合比2∶8。桩体材料压实度要不小于0.97, 桩间土压实度要不小于0.93。桩体材料分层回填并进行击实, 夯击次数和分层厚度根据现场试验确定。

回填桩孔用的夯锤, 宜采用倒置抛物线型锥体或尖锥型, 锤重不宜小于100 kg。夯锤最大直径应比桩孔直径小10 cm～16 cm。

2.2 灰土挤密桩的施工设备

1) 成孔设备:

沉管成孔桩机。

2) 拌和设备:

常规拌和设备。

3) 夯击设备:

有两种, K301+602～K301+622场地采用夯锤强夯挤密压实, 回填桩孔用的夯锤, 宜采用倒置抛物线型锥体或尖锥型, 锤重不宜小于100 kg。夯锤最大直径应比桩孔直径小10 cm～16 cm;K398+460～K398+480场地采用沉管成孔桩机成孔挤密压实。

2.3 灰土挤密桩的施工工艺流程

1) 施工前的准备工作, 对相关地形进行三维定位测量, 并对施工场地进行平整。2) 对桩位进行放样, 同时固定桩机的相对位置。3) 成孔:沉管成孔。4) 夯实孔底。5) 回填夯实:将相关的回填材料事先准备好, 按照次序依次填入孔内。同时要根据锤的相关信息合理确定挤密时间。6) 成孔和回填夯实的施工顺序应按照由外向里的顺序依次进行, 同时要注意同排的间隔大概为1孔～2孔为宜。

2.4 灰土挤密桩的试验检测

2.4.1 试桩前取土及试验

试桩前应对试桩区的黄土性质进行勘察和试验。1) 在试桩区布设至少两个人工探井, 深度大于预期加固深度2 m～3 m, 每间隔0.5 m取一原状土样, 进行土的常规试验和湿陷性试验, 求得土的含水量、干湿密度、孔隙比、塑液限及湿陷系数、自重湿陷系数和起始湿陷压力。2) 在试夯区布设至少两个位置, 进行连续动力触探 (标准贯入) , 深度大于预期加固深度2 m～3 m。3) 场地土的击实试验:求得土的最佳含水量, 最大干密度。4) 桩体材料石灰质量检测:要求Ⅲ级以上的球磨生石灰粉。5) 桩体材料的击实试验:按设计配合比制料, 求得灰土的最佳含水量, 最大干密度。

2.4.2 施工中检测

1) 施工中检测要持续检查石灰土的拌和质量;2) 施工中检测要持续检查桩孔深度、桩孔直径;3) 施工中检测要持续检查夯锤的相关情况, 主要包括夯锤的夯击次数、落距、每次夯击回填灰土层顶高程、夯沉量等相关的信息。

2.4.3 施工后检测

1) 试桩施工结束4周后, 在桩间土布设至少两个人工探井, 深度大于加固深度2 m～3 m, 每间隔0.5 m取一原状土样, 对桩间土进行含水量、干湿密度、孔隙比、塑液限等土的常规试验, 对桩间土还要进行湿陷系数、自重湿陷系数和起始湿陷压力等湿陷性试验。

2) 在试夯区布设至少两个位置, 进行连续动力触探 (标准贯入) , 深度大于加固深度2 m～3 m。

3) 试桩施工结束4周后, 选择不小于3个桩体, 进行取样, 对桩间土进行含水量、干湿密度、孔隙比、塑液限等土的试验。

4) 试桩施工结束4周后, 选择不小于3个桩体, 进行桩体强度静载荷试验。

3灰土挤密桩法处治黄土湿陷性的基本结论

1) 采用灰土挤密桩可以有效消除黄土湿陷性, 但消除的效果与采用的设备和设计的桩间距有关。

以阜新—朝阳高速公路为例:当采用的场地灰土挤密桩现场试验设备为K301+602～K301+622时, 投料的合理厚度是1.1 m左右, 可以有效消除桩体内黄土湿陷性的灰土挤密桩间距是1.1 m。

当采用的场地灰土挤密桩现场试验设备为K398+460～K398+480时, 投料的合理厚度是2.0 m左右, 可以有效消除桩体内黄土湿陷性的灰土挤密桩间距是2.0 m。

按灰土比2∶8桩间距1.3 m条件下施工, 桩体材料的压实度达到95.19%～99.45%, 桩间土的压实度达到93.58%～95.19%, 满足了规范要求。根据施工后桩间土的干密度值为1.75 g/cm3～1.78 g/cm3, 桩间土密实度大于0.87且满足规范规定的密实度要求的结果, 可以直接判定消除了黄土的湿陷性。

2) 从对湿陷性黄土连续动力触探的对比试验结果来分析:在灰土挤密操作时, 连续动力触探10 cm的击数一般为5击～8击;当灰土挤密操作后, 连续动力触探10 cm的击数一般为6击～10击;若实际操作过程中, 遇到砂层, 则这时连续动力触探击数会突然变大, 一般连续动力触探击数将达到10击～17击。

3) 灰土桩处治施工后黄土的密实度值大于0.87, 也可以直接用黄土的密实度值大于0.87进行检测判定。考虑规范对灰土桩施工规定的桩间土密实度为大于0.9, 施工中应采用桩间土密实度为大于0.9 (90%) 实际控制。

4灰土挤密桩的现场施工中常见质量问题与处理

1) 挤密成孔困难, 场地大面积出现缩孔、回淤、场地隆起等现象。

这种问题严重影响整个工程的整体质量, 而这种问题产生主要是由以下几方面引起的:a.没有对岩土的状况有全面的了解和防范, 对其中的一些相关指标没有细致分析;b.对现场的情况没有进行实地的勘察和分析, 可能存在土的含水量、饱和度等指标数值过高的情况, 或者某些地方存在软弱层。

2) 土或灰土挤密桩复合地基承载力低。

造成此种工程质量问题的原因主要有:天然地基承载力本身过低, 桩心距选取不合理, 桩体回填料夯实质量差。地基土含水量过高, 挤密效果差, 挤密后桩周土形成的超孔隙水压力消散困难, 导致承载力不升反降。

3) 未完全消除桩间土的湿陷性或者消除情况较差。

这种问题也会对工程的整体质量产生影响, 其产生的原因主要是因为桩心距的尺寸存在问题, 或者成桩桩径的尺寸存在问题, 没有满足设计要求, 从而容易导致挤密效果差等现象。

4) 桩体回填料压实质量较差。

此种工程质量问题多为施工单位原因造成, 对于桩身回填料质量没有严格按标准控制, 在回填和夯实过程中, 事前没有进行回填量及夯击次数试验, 或施工过程中责任心不强随意改变夯实击数和回填量。

5) 桩间土挤密系数未达到设计要求。

这种问题产生的原因是因为桩心距的尺寸选择不合理, 同时施工工艺过程中也没有完全满足设计要求, 从而导致问题产生。

参考文献

[1]GB 50025-2004, 湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2]刘冰.阜新到朝阳高速公路湿陷性黄土地基处理研究[J].北方交通, 2006 (1) :5.

[3]陈悦.强夯技术处理高速公路湿陷性黄土地基的设计探讨[J].北方交通, 2006 (2) :4.

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇7

拟建场区大地构造部位属于中朝准地台华熊台塬坳陷崤山---鲁山拱褶断束中的灵宝—三门峡断凹。崤山---鲁山拱褶断束整体为北西西向大型复背斜隆起带, 构造线方向为北西西向。自燕山运动后, 断裂活动较为强烈, 不仅出现之前与东西向较近断裂再次复活问题, 还导致其他方向断裂问题的产生, 顺着大断裂产生灵宝—三门峡断陷盆地。500到3500m为其新生界沉积厚度范围。

因该场地位于汾渭地堑盆地东南位置, 黄河南岸贰级阶地为其地貌形式, 则具有较为平坦地形地势, 地形起伏较小, 不良地质作用, 如坍塌、滑坡等现象并未出现。根据施工现场具体情况分析, 由上到下可将其地层进行多层次划分, 具体如表1所示。

通过施工现场地质情况可以看出, 该厂区地层差异性较小, 判定如下:拟建厂区在地基受力范围内具有分布稳定的岩性、层位及厚度等, 10%以下为其地层层面坡度, 但在10%以上的层面坡度也少量存在。在基础宽度方向上0.05b以上为持力层与其下卧层的厚度差值, (基础宽度可由b表示) , 同样0.05b以上的也存在于局部位置。因每层地基土压缩性、含水量不同, 差别较多, 可以得出该工程地基具有不均匀性。

2 试验结果

2.1 击实试验

按照室内试验结果得出, 每立方厘米夯填土最大干密度为1.74g, 16.0%为最佳含水量, 每立方厘米2:8灰土最大干密度为1.55g, 21.8%为其最佳含水量。

2.2 湿陷性

可按照室内原状土试验得出, 湿陷系数为0.001到0.143之间, 自重湿陷系数为0.0014到0.067.挤密后, 则0.015为最大湿陷系数, 在处理深度范围内地基土可全面消除其湿陷性。

2.3 承载力

选取圆形压板 (5000cm2) 进行现场载荷试验, 14级为加荷等级, 每一级荷载 (Q) 增加后, 需在其前后对压板沉降 (S) 进行准确读记。根据《地基与基础设计规范》GBJ7-89相关规定进行准确加荷。由此可得复合地基承载力基本值与变形模量如表2所示。

可利用现场载荷试验、复合地基土挤密后的物理力学性能等确定挤密地基的承载力大小。按照桩间土挤密后的主要物理力学性质指标分析, 得出280Kpa为灰土桩复合地基承载力的标准值, 而260kpa为灰素土桩的标准值, 但因室内试验数据存在一定误差或离散性能, 可选用250Kpa作为灰土桩承载力标准值, 选取230Kpa作为灰素土桩标准值。

3 施工流程

3.1 施工准备

施工前期, 需对挖方施工位置进行土方开挖施工, 需向灰土桩设计顶标高位置进行开挖, 且通过平地机进行整平施工, 随后做好洒水碾压工作。施工前期按照设计图纸、水准基点及施工控制点等进行放线, 先在允许范围内控制误差, 且设置好控制桩。按照具体施工情况, 桩位由全站仪进行测放, 且做好相应的标注, 及进行白石灰撒布。施工阶段常常会出现土体挤压等问题, 这就要求在施工桩前必须复核桩位的准确性, 且对所有轴线控制点进行复核。在对现场场地标高进行准确测量后, 需根据图纸要求, 对其他有关位置的标高进行准确计算。

3.2 布点

桩位平面布置选取正三角形 (尺寸为80x80cm) , 纵轴以路线走向为主、横轴为路基横断面, 根据设计桩数、详细编号等在计算机CAD内进行桩位布设图的绘制, 且在实地内放样布点。

3.3 消解生石灰

熟石灰为灰土桩所需的石灰材料, 因该工程需大量石灰材料, 如以传统人工方式消解石灰, 则存在诸多缺点, 如较大占地面积、较低消解施工效率及极大污染等, 为此应选取专用石灰粉碎消解机进行施工。

3.4 拌和灰土

拌和灰土, 要求按照3:7进行灰与土的拌和, 拌和时要求其具有最佳含水量, 通常在15%到18%范围。

3.5 成孔

沉管成孔为灰土挤密桩施工成孔的主要方式, 要求利用履带式灰土打桩机 (2.5t锤头重量) 把桩管向土层内打入, 其深度应与设计深度相符, 随后将桩管拔出, 随即成孔。该方式成孔形状极为规整, 极易掌握其挤密效果与施工工艺, 其缺点为因桩架高度问题成孔深度极易受限。在成孔施工中, 其顺序为由外侧到里面, 一排需间隔1到2个孔进行施工, 防止由于振动挤压等问题, 导致相近孔出现坍塌等现象。

3.6 夯实

回填灰土桩桩体施工前期, 要求按照夯实机配置情况等进行压实度试验, 以此对虚填厚度、夯击次数等加以准确确定。要求将检测后的压实度作为夯实施工的重要依据。

(1) 控制夯实机具。自动回填夹杆锤夯实机、人工回填夹杆锤夯实机为夯实机具的主要类型。在本次施工中, 应确保其具有良好工作性能, 且夯锤提升高度满足设计规定, 要求夯击施工落体状态具有竖直、自由等特点。

(2) 控制夯实厚度及夯实遍数。根据10cm虚填应用的夯击次数进行夯实厚度的准确确定, 具体施工环节回填施工以人工位置, 虚填5cm为各次回填量, 根据试验得出的结构进行夯击次数的有效控制。且按照试验进行自动回填灰土流量的确定, 此时应焊牢自动回填机的出料口, 防止因人为问题对灰土流量造成影响。

4 结语

综上所述, 近年来, 我国建筑行业得到快速发展, 建筑市场竞争极为激烈, 很多企业都在对自身施工技术进行不断优化, 从而提高其市场竞争力。在湿陷性黄土地基施工中, 灰土挤密桩技术的广泛应用, 全面提高了工程建设的整体质量, 推动了工程行业的可持续发展。

参考文献

[1]龚贵林.换填法与灰土挤密桩法处理湿陷性黄土地基试验研究[D].兰州交通大学2015

[2]郭小云, 王敏, 闫嘉庆, 相兴华, 白晓红.灰土挤密桩法和强夯法处理湿陷性黄土地基的效果对比[J].施工技术.2012 (19)

[3]邵生俊, 杨春鸣, 马秀婷, 陆斯.黄土的独立物性指标及其与湿陷性参数的相关性分析[J].岩土力学.2013 (S2)

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇8

灰土挤密桩是利用冲击在地基土中挤土成孔, 然后向孔内夯填灰土成桩。成孔时, 桩孔部位的土被侧向挤出, 从而使桩周土得以挤密。灰土挤密桩是将不同比例的熟石灰与土混合之后, 通过不同的方式将灰土夯入孔内。灰土挤密桩地基是由灰土挤密桩与桩间挤密土共同组成的复合地基。灰土挤密桩首创于前苏联, 主要用以消除黄土地基的湿陷性, 20世纪50～60年代, 我国在西北地区进行了大量的试验应用, 70年代以来, 逐步推广, 得到了广泛的发展, 目前, 灰土挤密桩已成为处理湿陷性黄土地基的主要方法之一。

灰土挤密桩适宜于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基, 处理深度宜为5～15m。它的优点在于, 施工简单、加固效果好、成本低廉、无污染、施工工期快等。湿陷性黄土属于非饱和的欠压密土, 具有较大的孔隙率和偏低的干密度, 这是其产生湿陷变形的根本原因。

灰土挤密桩地基加固原理:一方面, 通过成孔和夯实将地基土挤压成孔, 迫使桩孔内的土体侧向挤出, 使桩周一定范围内的土体受到压缩、扰动和重塑, 当土体被挤密到一定的干密度或压实系数时, 该土体的湿陷性就会消除;另一方面, 石灰是一种最常用的气硬性胶凝物质, 也是一种传统的建筑材料。当熟石灰与土混合之后, 将发生较为复杂的物理化学反应, 生成硅酸钙及铝酸钙等水化物及部分石灰的碳化与结晶, 凝结成一定强度的桩体, 桩体与经过挤密的土体组成复合地基承受荷载。同时, 灰土挤密桩具有一定的抗弯和抗剪刚度, 即使浸水后也不会明显软化, 因而它对桩间土具有较强的侧向约束作用, 阻止土的侧向变形并提高其强度。

2 工程概况

天水市三阳川卦台山风景区某大殿, 建于2009年, 一层木结构, 高16.38m, 大殿台基尺寸为27.7m×16m, 需处理范围为47.7m×18m。地基处理采用灰土挤密桩, 独立基础。结构设计要求地基处理后复合地基承载力标准值达到220kPa。地基处理施工于2009年8～9月进行, 共完成灰土挤密桩1997根。经平板静力载荷试验检测, 复合地基承载力达到了设计要求。该工程竣工使用已两年时间, 经沉降观测, 地基变形稳定, 加固效果良好。

3 工程地质条件

该场地位于天水市三阳川卦台山山腰平台处, 场地土主要由第四纪的人工堆积成因的杂填土和风积成因的粉土组成, 地势较平坦。位于秦岭纬向构造带与陇西旋卷构造带的复合部位, 祁、吕贺山字型构造体系的前弧。根据工程地质勘察报告揭示, 该场地出露的土层有:杂填土①、粉土②、粉土③, 其工程地质特征如下:

(1) ①层杂填土 (Q4)

分布于整个场地, 1.5m, 以粉土为主, 土质不均匀, 松散。

(2) ②层粉土 (Q4)

分布于整个场地, 厚度变化较大, 层厚3.3～18.10m, 黄色, 土质干燥、稍密、干强度低、无韧性、以粉土颗粒为主。

(3) ③粉土 (Q4)

分布于整个场地, 红褐色, 土质干燥、稍密-中密、干强度低、无韧性、以粉粒为主, 见少量炭腐、蜗牛壳、钙质结核、植物根等。未揭穿, 最大控制厚度15.9m。

该场地在勘察深度内未见地下水。

根据土工试验报告, 粉土以中低压缩性为主, 场地为自重湿陷性场地, 湿陷等级为Ⅳ级 (很严重) 。粉土②物理力学性质指标见表1。

4 地基处理方案

由于该场地为大厚度自重湿陷性黄土场地, 湿陷等级为Ⅳ级 (很严重) 。征对该工程地质条件, 为了确保工程质量, 经方案比较与经济分析, 地基处理方案采用灰土挤密桩, 基础形式为独立基础。

5 地基加固处理设计

5.1 加固目的

1) 提高地基土承载力。

2) 消除或减少地基土的湿陷性和压缩变形。

5.2 设计参数

1) 成孔孔径0.4m, 桩间距1.00m, 桩排距0.87m, 桩位呈等边三角行满堂布置。处理深度为8m。

2) 桩孔内填料为3∶7灰土。要求λC≥0.95、ηC≥0.90。

3) 开挖松动层0.3～3.4m后碾压2～4遍, 再回填3∶7灰土垫层, 分层碾压, 压实系数≥0.94。

4) 施工前先进行试桩, 采用平板载荷试验, 验证地基处理后复合地基承载力标准值是否满足fK≥220kPa。

6 地基加固处理施工

6.1 试桩

进行试桩时, 由于地基土含水量较低, 成孔难度较大, 为此, 现场进行了预浸水湿润地基。增湿方法如下:机械钻孔, 孔径150mm, 孔深5.00m, 人工注水, 注水孔数量不小于设计桩数的1/2。

试桩完成后进行3组单桩复合地基平板静力载荷试验, 压板面积为1.0m2。试验结果P-S曲线如图1和表2。

根据静力载荷试验结果, 复合地基承载力标准值fk≥220kPa , 满足设计要求。

6.2 施工质量检测

6.2.1 击实试验

本次击实试验采用SJ-Q型标准击实仪。经击实试验, 桩心填料最大干密度1.54g/cm3, 最优含水率20.8%;地基原土最大干密度1.74g/cm3, 最优含水率16.8%。

6.2.2 剖桩取样测试

对施工质量采用剖桩取样测试, 完成人工剖桩探井7个, 取原状土样95件, 测试数据如下:

1) 桩孔填料的压实系数见表3。

2) 桩间土的挤密系数见表4。

3) 桩间土的湿陷性、自重湿陷性见表5。

根据检测结果分析, 灰土挤密桩灰土填料的压实质量满足设计要求;1#、2#、3#、4#、6#探井的桩间土挤密效果较差, 挤密系数未能满足设计要求;1#、2#探井的桩间土湿陷性未能完全消除, 这是因为含水量偏低, 其范围值为3.9%～7.1%。对存在湿陷性的桩间土及挤密效果较差的地段, 进行了补桩处理, 检测结果满足设计要求。

地基土经过灰土挤密桩处理后, 压缩系数平均值<0.1MPa, 属低压缩性土。试验结果表明, 地基表层变形量较大, 建议在开挖松动层后碾压2～4遍, 再回填灰土垫层。对灰土垫层施工质量应进行检测。

6.2.3 现场静力载荷试验检测

施工完成后进行了3组单桩复合地基平板静力载荷试验 (压板面积为1.0m2) , 复合地基承载力标准值﹥220kPa, 满足设计要求。变形模量推荐值为22.43MPa 。

6.3 施工过程注意事项

1) 灰土含水量的测定应由专人负责, 每天测定, 及时调整含水量, 使含水量控制在有效最优含水量范围之内。

2) 桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5%;桩孔垂直度偏差不应大于1.5%。

3) 对已成的桩孔应及时尽快夯填, 以防灌水和土块、杂物落入。

4) 施工顺序宜先外排后内排, 同排内应间隔1～2孔进行, 避免因振动挤压造成相邻孔缩孔或塌孔。

5) 填料前, 孔底必须夯实, 桩孔的填料应严格按规定的数量均匀填进, 不得盲目乱填, 否则, 会出现夯填质量事故;可采取大落距少填料等措施进行分层夯填, 使桩心土的压实系数达到设计要求。

6) 雨期或冬季施工时, 应采取防雨、防冻措施, 防止土料或灰土受雨水淋湿或冻结。

7 结论

1) 该工程竣工已2年时间, 经沉降观测, 地基无变形。证明该地基处理技术的应用是成功的。

2) 实践证明, 当载荷试验地基承载力标准值满足设计要求时, 挤密系数未必满足要求, 湿陷性不一定消除, 提示注意。

3) 施工前应在现场进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验, 以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求。并进行载荷试验, 确定复合地基承载力标准值是否满足设计要求。

4) 地基土的天然含水量是影响成孔挤密效果的主要因素。含水量接近最优含水量时, 土呈塑性状态, 挤密效果最佳;含水量偏低时 (小于12%) , 土呈半固体状态, 有效挤密区缩小, 桩周土挤压扰动而难以重塑, 成孔挤密效果较差, 湿陷性难以消除, 且成孔难度较大, 应预浸水增湿至最优含水量。

5) 对于复合地基, 由于地基处理深度有限, 如果处理深度以下浸水, 则下卧层沉降也会引起地基下沉。故此, 必须作好排水, 防止管道、地沟漏水, 杜绝地基土长期浸水。

摘要：灰土挤密桩是处理湿陷性黄土地基的主要方法之一, 主要作用是消除黄土地基的湿陷性, 以提高地基土的承载力。通过工程实例, 详细地介绍了灰土挤密桩在湿陷性黄土地基中的具体应用及施工质量检测方法, 对消除地基土的湿陷性进行了研究, 提出了该方法在施工中的注意事项。该工程竣工使用已2年时间, 经沉降观测, 地基变形稳定, 地基处理效果良好。

关键词：地基处理,湿陷性黄土,灰土挤密桩,复合地基,静载荷试验

参考文献

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[3]曾国熙, 卢肇钧.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1988.

[4]苏宏阳, 郦锁林.基础工程施工手册[M].北京:中国计划出版社, 1996.

湿陷性黄土灰土挤密桩 篇9

1 工程背景及地质条件

随着铁路建设的大发展, 在铁路修建过程中, 由于对湿陷性黄土地基处理的重视程度不够, 导致黄土地区的多条铁路运营中出现了一些病害, 就此以西平铁路工程为研究背景, 该线设计时速为120km/h, 工后沉降量允许值为20cm。西安至平凉铁路 (简称西平铁路) 始自西安市, 向西北经礼泉、乾县、永寿、彬县、长武及甘肃宁县、甘肃泾川等县至平凉市, 正线全长263.1km。西平铁路为国家Ⅰ级电气化单线铁路, 运输能力为货运量3000万t/a, 单向客运量160万人/a。建成后的西平铁路运量大且货源集中, 兼顾部分省际交流及地方客货运输的铁路。

该工点处 (DK36～DK37段) 地层上部以第四系上更新统风积黏质黄土为主, 下部为第四系中更新统风积黏质黄土, 风积黏质黄土夹数层棕红色古土壤。其工程地质特性:黏质黄土 (淡黄色) , 主要分布于黄土塬上部, 厚大于12m, 粉土质, 多孔隙, 直立性强, 坚硬-硬塑, Ⅱ级普通土;黏质黄土 (棕黄色) , 厚大于20m, 粉土质, 夹数层棕红色古土壤, 多孔隙, 直立性强, 硬塑为主, Ⅲ级硬土。本段 (DK36-DK37) 黄土为Ⅲ自重湿陷性, 湿陷厚度8～12m, 本勘测范围内属渭河水系, 线路走行于渭北黄土台塬, 工点处地下水为第四系孔隙潜水, 地下水位埋深大于40m, 受大气降水补给, 水质良好, 对混凝土不具化学侵蚀性。地震动峰值加速度0.15g, 最大冻结深度50cm。

2 灰土挤密桩复合地基处理方案及施工

灰土挤密桩法一般适用于地下水位以上含水量14%～22%的湿陷性黄土地基, 处理深度可达8～12m。施工时, 先按设计方案在路基基底平面位置布置桩孔并成孔, 通过振动沉桩机将带有通气桩尖的刚制桩管沉入土中的设计深度, 然后将备好的一定比例的灰土在最优含水量下分层填入桩孔内, 并分层夯 (捣) 实至设计标高止。由于下沉桩管对周围黄土产生很大的横向挤压作用, 桩管将地基中同体积的黄土挤向周围的土层使其孔隙比减小, 密度增大, 改善土体物理力学性能, 从而消除湿陷性, 提高桩间土的承载力;对灰土桩而言, 桩体材料石灰和土之间产生一系列物理化学反应, 凝结成一定强度的桩体, 同时桩体和挤密土组成复合地基, 从而提高地基土的承载力, 满足路基工程设计的需要。上部荷载通过形成的复合地基传递时, 由于它们能互相适应变形, 因此能有效而均匀地扩散应力, 地基应力扩散得很快, 在加固深度以下附加应力已大为衰减, 无需坚实的下卧层。值得注意的是, 不得用粗颗粒的砂、石或其他透水性材料填入桩孔内。

该段地基处于Ⅲ级自重湿陷性黄土地质中, 需要进行地基的加固处理, 采用灰土挤密桩的方法进行处理。一般来说, 灰土挤密桩可以按等边三角形布置, 这样可以达到均匀的挤密效果。每根桩都对其周围一定范围内的土体有一定的挤密作用, 即使桩与桩之间有一小部分尚未被挤密的土体, 因为其周围有着稳定的、不会发生湿陷的边界这一部分也不会发生湿陷变形。桩与其周围被挤密后的土体共同形成了复合地基, 一起承受上部荷载。本段灰土挤密桩设计参数为:挤密系数为0.9, 桩径0.4m, 桩间距1.2m, 桩长8.0m, 按等边三角形布置。施工中地基土的含水量不得大于24%, 饱和度不得大于65%, 当土层含水量低于12%时, 应对土层进行增湿到最优含水量。

3 灰土挤密桩复合地基室内试验及结果

本段采用灰土挤密桩地基处理, 根据工程设计方案确定布桩方式、施工准则和技术要求进行施工。通过现场取样, 对灰土挤密桩地基处理前后黄土的工程性质进行比较, 得到地基处理前后的物理力学性质。在灰土挤密桩区段 (DK36～DK37) , 在加固前后不同深度处分别取9组 (共18组) 原状试样进行室内土力学实验, 研究湿陷性黄土地基加固前后地基土的物理力学性质变化。采用室内压缩实验测定黄土的湿陷系数, 并对加固前后的值进行比较, 研究复合地基消除湿陷性的效果。室内试验结果如图1所示。对比灰土挤密桩前后地基土含水量、干密度、湿陷系数、压缩模量、粘聚力及内摩擦角等指标, 得到各种物理力学参数都有不同程度的变化, 地基土含水量及湿陷系数变小, 地基土的压缩模量、粘聚力及内摩擦角不同程度的提高。通过实验结果得到湿陷性黄土地基灰土挤密桩处理技术能够消除湿陷性, 加固效果良好。

4 现场载荷试验及结果

根据设计要求在试验场地进行灰土挤密桩单桩复合地基载荷试验, 测试及验证复合地基承载力。在施工现场选取3个不同的灰土挤密桩点位 (S1、S2、S3) 进行单桩复合地基静载荷试验, 验证湿陷性黄土场地复合地基的加固效果。试验方法采用平板载荷试验, 试验设备由承压板、加载装置及沉降观测装置三部分组成。竖向静载荷试验装置采用堆载——千斤顶系统。千斤顶的标定在将加载设备运至试验场地预先进行。在载荷板四个正交方向安装4个量程为50mm的位移传感器量测沉降量, 它们以磁性表座固定于基准梁上。在拟测点放置一方形承压板 (面积为1.25m2, 为单桩承担的处理面积, 单桩复合地基承载力设计值为180kPa) , 设置加荷平台, 通过加荷平台上堆放的砂袋提供反力。在承压板的上方设置刚度足够大的反力梁, 利用千斤顶逐级向承压板施加单位面积静压p于土层上, 测量承压板的相应沉降s, 直至达到要求的荷载量。按预计加载量1/10～1/12分级等级加载。每加一级荷载, 待沉降相对稳定后, 再施加下一级荷载。加载过程中测试控制系统:位移采集采用调频式防水位移传感器, 精度0.01mm, 整个试验过程采用RS-JYC载荷测试分析系统控制。在正式加载之前, 施加一级荷载进行预压, 以消除试验系统的变形。堆载平台应保持稳定可靠, 保证试验安全。试验加载规范依据《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002) 及《建筑地基处理设计规范》 (JGJ79-2002) 中关于复合地基载荷试验的规定执行。在复合地基处理黄土地基后, 单桩复合地基载荷试验测试曲线如图2所示, 从图2可知, 随着压力p的增加, 沉降s不断增大, 几乎呈线性变化, 达到试验最大荷载360kPa后, p～s曲线没有出现陡降, 复合地基未出现破坏。试验结果表明, S1点灰土挤密桩单桩复合地基在最大加载量360kPa时, 对于复合地基沉降量为24.33mm, 最大回弹量为7.59 mm, 回弹率为31.2%;在单桩复合地基设计荷载180kPa时, 对于复合地基沉降量为6.09 mm。S2点灰土挤密桩单桩复合地基在最大加载量360kPa时, 对于复合地基沉降量为22.30mm, 最大回弹量为7.50mm, 回弹率为33.6%;在单桩复合地基设计荷载180kPa时, 对于复合地基沉降量为5.28 mm。S3点灰土挤密桩单桩复合地基在最大加载量360kPa时, 对于复合地基沉降量为28.44mm, 最大回弹量为9.72mm, 回弹率为34.2%;在单桩复合地基设计荷载180kPa时, 对于复合地基沉降量为7.31 mm。根据现场载荷试验结果, 灰土挤密桩地基处理后路基基底承载力满足设计要求的180kPa, 地基土的性质明显改善, 路基基底承载力特征值可取180kPa, 验证灰土挤密桩地基处理技术的可行性, 地基处理效果良好, 达到了预期的效果。

5 有限元模拟

西平铁路途经地区为我国的黄土分布区域, 为了防止黄土湿陷等对路基造成影响, 通过室内试验对黄土的物理力学特性进行了研究, 并得出了一些有益的结论。从试验结果看, 灰土挤密桩地基处理提高了地基土的抗剪强度及压缩模量, 起到了良好的加固效果。下面将从数值分析的角度, 验证灰土挤密桩地基处理的效果。利用有限单元法, 假设仅由自重引起的应力场存在, 自重位移场为零的前提下, 计算工后沉降, 分析了有列车荷载作用时, 地基处理前后路基中心线沉降量的变化, 用来衡量地基处理效果。路基及地基的有限元模型如图3所示。通过计算分析, 灰土挤密桩处理前后工后沉降等值线如图4所示, 其处理前后路基中心最大工后沉降分别为25mm、41mm, 说明灰土挤密桩处理前后效果较明显。地基处理前后, 列车荷载作用下路基中心线以下随深度的工后沉降曲线如图5所示。结合现场载荷试验和有限元分析, 路基工后沉降满足设计要求, 地基处理方案合理可行。

6 结论

结合室内试验、现场试验及有限元模拟, 得到如下结果:

1) 通过室内试验, 对比灰土挤密桩处理前后地基土含水量、干密度、湿陷系数、压缩模量、粘聚力及内摩擦角等指标, 得到各种物理力学参数都有不同程度的变化, 地基土含水量及湿陷系数变小, 地基土的压缩模量、粘聚力及内摩擦角不同程度的提高。灰土挤密桩处理技术能够消除湿陷性黄土地基的湿陷性, 加固效果良好。

2) 通过单桩复合地基的现场载荷试验, 根据试验结果, 灰土挤密桩地基处理后路基基底承载力满足设计要求的180kPa, 地基土的性质明显改善, 路基基底承载力特征值可取180kPa。验证了采用灰土挤密桩地基处理技术的可行性, 地基处理效果良好, 达到了预期的效果。

3) 通过计算分析, 灰土挤密桩处理前后路基中心工后沉降分别为25mm、41mm, 说明灰土挤密桩处理前后效果较明显。结合现场载荷试验和有限元分析, 路基工后沉降满足设计要求, 地基处理方案合理可行。为今后类似条件下的地基处理工程提供借鉴和经验, 为湿陷性黄土场地地基处理提供一种适宜的处理方法和途径。

摘要：西平铁路湿陷性黄土场地采用灰土挤密桩地基处理, 根据工程设计方案确定布桩方式、施工准则和技术要求。通过现场取样, 对灰土挤密桩地基处理前后黄土的工程性质进行了研究, 得到地基处理前后的物理力学性质。通过单桩复合地基的现场静载荷试验, 根据室内、现场试验及有限元计算结果, 验证采用灰土挤密桩地基处理技术的可行性, 对出现的技术问题进行了总结, 为今后类似条件下的地基处理工程提供借鉴和经验, 为湿陷性黄土场地地基处理提供一种适宜的处理方法和途径。

关键词：湿陷性黄土,灰土挤密桩,复合地基,载荷试验,有限元

参考文献

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[2]裴章勤, 刘卫东.湿陷性黄土地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社, 1992.

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[4]殷宗泽, 龚晓南.地基工程处理实例[M].北京:中国水利水电出版社, 2000.