楊洪軍 臧士宏 解欣媛

摘要：擠密法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。本文著重介紹擠密法在處理濕陷性黃土的設(shè)計及施工，并結(jié)合工程實踐淺述一些自己的看法。

關(guān)鍵字：濕陷性黃土 灰土 擠密樁 褥墊層

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，地基處理應(yīng)選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，以試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別后，通過經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素，最后選擇一個最合適的地基處理方法，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。處理方法有墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、預(yù)浸水法等。擠密法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理深度為5~15m。本文結(jié)合工程實踐著重介紹擠密法在處理濕陷性黃土的設(shè)計應(yīng)用。

概述

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉，故在潤陷性黃土場地上進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產(chǎn)生危害?；彝翑D密樁或土擠密樁是利用沉管、沖擊或爆擴(kuò)等方法在地基中擠土成孔，然后向孔內(nèi)夯填素土或灰土成樁。成樁時，通過成孔過程中的橫向擠壓作用，樁孔內(nèi)的土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將備好的素土(黏性土)或灰土分層填入樁孔內(nèi)，并分層搗實至設(shè)計標(biāo)高。用素土分層夯實的樁體，稱為土擠密樁；用灰土分層夯實的樁體，稱為灰土擠密樁。二者分別與擠密的樁間土組成復(fù)合地基，共同承受基礎(chǔ)的上部荷載?；彝翑D密樁法或土擠密樁法具有就地取材、以土治土、原位處理、深層加密和費用較低的特點，在我國西北及華北等黃土地區(qū)已廣泛應(yīng)用。另外灰土樁施工中如遇到土和水中含有過量強(qiáng)酸，不宜采用灰土樁；地基含水量大于23%、飽和度大于0.65以及土中碎（卵）石含量超過15%或有厚度40cm以上的砂土或碎石時，不宜采用擠密樁。

擠密樁設(shè)計與計算

1）灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的面積，應(yīng)大于基礎(chǔ)或建筑物底層平面的面積，并應(yīng)符合下列規(guī)定。? (1)采用局部處理超出基礎(chǔ)底面的寬度時，對非自重濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，每邊不應(yīng)小于基底寬度的0.25倍，并不應(yīng)小于0.50m；對自重濕陷性黃土地基，每邊不應(yīng)小于基底寬度的0.75倍，并不應(yīng)小于1.00m。? (2)當(dāng)采用整片處理時，超出建筑物外墻基礎(chǔ)底面外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1／2，并不應(yīng)小于2m。?2）?處理深度及孔徑灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的深度，應(yīng)根據(jù)建筑場地的土質(zhì)情況、工程要求和成孔????及夯實設(shè)備等綜合因素確定。對濕陷性黃土地基，當(dāng)擠密處理深度不超過12m時，不宜預(yù)鉆孔，擠密孔直徑宜為0.35~0.45m；當(dāng)擠密處理深度超過12m時，可預(yù)鉆孔，其直徑（d）宜為0.25~0.35m，擠密填料孔直徑（D）宜為0.50~0.60m。

3）布孔計算? 為使樁間土均勻擠密，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離s，可為樁孔直徑的2.0～2.5倍.也可按下式計算：

S=0.95[（ηcρdmaxD2-ρd0d2）/ηcρdmax-ρd0]1/2

式中 S—孔心距 (m)；

D—擠密填料孔直徑 (m)；

d—與鉆孔直徑 (m)；

ρd0—地基擠密前壓縮層范圍內(nèi)各層土的平均干密度 (g/cm3)；

ρdmax—擊實試驗確定的最大干密度 (g/cm3)；

ηc—擠密填孔（達(dá)到D）后，3個孔之間土的平均擠密系數(shù)，不宜小于0.93。

擠密填孔（達(dá)到D）后，3個孔之間土的最小擠密系數(shù)：

ηdmin=ρd0/ρdmax

式中ηdmin=土的最小擠密系數(shù)：甲乙類建筑不宜小于0.88；丙類建筑不宜小于0.84；

ρd0—擠密填孔后，3個孔之間形心點部位土的干密度 (g/cm3)；

4)填料選擇

樁孔內(nèi)的填料，應(yīng)根據(jù)工程要求或處理地基的目的確定，樁體的夯實質(zhì)量宜采用平均壓實系數(shù)λc控制，當(dāng)樁孔內(nèi)用灰土或素土分層回填、分層夯實時，樁體內(nèi)的平均壓實系數(shù)λc值，均不應(yīng)小于0.96?；彝恋捏w積配合比宜為2：8或3：7。

5）灰土擠密樁和土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場單樁或多樁復(fù)合地基荷載試驗確定，初步設(shè)計當(dāng)無試驗資料時可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定，但對灰土擠密樁復(fù)合地基的承載里特征值，不宜大于處理前的2.0倍，并不宜大于250KPa；對土擠密樁復(fù)合地基的承載特征值，不宜大于處理前的1.4倍，并不宜大于180KPa。

6)變形計算

擠密樁處理地基的變形計算應(yīng)按國家《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其中復(fù)合土層的壓縮模量應(yīng)通過試驗或結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定。

擠密樁施工及檢驗

成孔應(yīng)按設(shè)計要求、成孔設(shè)備、現(xiàn)場土質(zhì)和周圍環(huán)境等情況，選用沉管（振動、錘擊）或沖擊等方法，在大面積施工前，必須在現(xiàn)場選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗或試驗性施工，其試驗結(jié)果必須滿足設(shè)計要求，一是要求樁間土的濕陷系數(shù)小于0.015；二是要求樁體的壓實系數(shù)大于0.93；三是復(fù)合地基的承載力特征值滿足設(shè)計要求。

施工中應(yīng)注意的問題：

1、土料與水泥應(yīng)拌合均勻，達(dá)到最優(yōu)含水量，應(yīng)由現(xiàn)場試驗確定，灰土用量不得少于按配比試驗確定的量。

2、成孔和孔內(nèi)回填夯實的施工順序，當(dāng)整片處理時，宜從里（或中間）向外間隔1~2孔進(jìn)行，對大型工程可采取分段施工；當(dāng)整片處理時，宜從外向里間隔1~2孔進(jìn)行。

3、樁孔中心點的偏差不應(yīng)超過樁距設(shè)計值的5%，樁孔垂直度偏差不應(yīng)大于1.5%；樁孔直徑不得小于設(shè)計樁徑；樁孔深度不應(yīng)小于設(shè)計深度；向孔內(nèi)填料前孔底必須先夯實樁頂夯填高度應(yīng)大于設(shè)計樁頂標(biāo)高200-300mm，在褥墊層施工時應(yīng)將多余樁體及預(yù)留松動土層挖除，樁頂面應(yīng)水平。

施工中可能出現(xiàn)的問題及處理方法

1、夯打時樁孔內(nèi)有滲水、涌水、積水現(xiàn)象可將孔內(nèi)水排出地表，或?qū)⑺虏糠衷摓榛炷翗痘驅(qū)⑺虏糠指臑榛炷翗痘蛩槭瘶?，水上部分仍為土（或灰土）樁?/p>

2、沉管成孔過程中遇障礙物，可采取以下措施處理：

1）用洛陽鏟探查并挖除障礙物，也可在其上面或四周適當(dāng)增加樁數(shù)，以彌補(bǔ)局部處理深度的不足，或從結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)措施進(jìn)行彌補(bǔ)。

2）對未填實的墓穴、坑洞、地道等面積不大，挖除不便時，可將樁打穿通過，并在此范圍內(nèi)增加樁數(shù)，或從結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)措施進(jìn)行彌補(bǔ)。

3、夯打時造成縮頸、堵塞、擠密成孔困難、孔壁塌陷等情況，可采取以下措施處理

1）當(dāng)含水量過大縮頸比較嚴(yán)重實，可向孔內(nèi)填干砂、生石灰塊、碎磚渣、干水泥、粉煤灰：如含水量過小，可預(yù)浸水，使之達(dá)到或接近最優(yōu)含水量。

2）遵守成孔順序，由外向里間隔進(jìn)行（硬土由里向外）。

3）施工中宜打一孔填一孔，或間隔幾個樁位跳打夯實。

4）合理控制樁的擠密范圍

質(zhì)量檢驗：

成樁后，應(yīng)及時抽樣檢驗灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的質(zhì)量，檢測全部處理深度內(nèi)樁體和樁間土的干密度，并分別換算為平均壓實系數(shù)和平均擠密系數(shù)，對重要工程還應(yīng)檢測全部處理深度內(nèi)樁間土的壓縮性和濕陷性。抽樣檢測的數(shù)量，對一般工程不應(yīng)少于總樁數(shù)的2%；灰土擠密樁和土擠密樁復(fù)合地基在竣工驗收時，其承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗。

設(shè)計實例

某物流倉庫位于青海省西寧生物園區(qū)，場地黃土屬II~IV自重濕陷性，濕陷深度7~14m，最大總濕陷量758.6mm，最大自重濕陷量612.4mm。根據(jù)建筑特點并結(jié)合地質(zhì)情況，基礎(chǔ)下地基采用2：8灰土擠密樁復(fù)合地基處理，處理范圍為基礎(chǔ)每邊寬度0.75倍；地坪下采用素土擠密樁處理。樁徑400mm，樁長根據(jù)地質(zhì)報告確定7~12.5m，采用正三角型布置（平面布置見下圖1）。所選填料灰土的最大干密度≥1.70t/m3，應(yīng)分層回填夯實，壓實系數(shù)≥0.95。依地質(zhì)勘察報告揭示，擠密處理前場地黃土的土粒比重為2.69，土樣的天然含水率為7.9~17.8%，天然孔隙比0.674~1.059，干密度為1.31~1.63t/m3，其最大干密度按1.68t/m3估算，經(jīng)擠密處理后的樁間土平均擠密系數(shù)應(yīng)≥0.93。根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗，施工工藝采用洛陽鏟人工掏孔，專用偏心輪自動落錘夯實機(jī)夯實灰土，灰土按有關(guān)規(guī)范要求嚴(yán)格過篩、拌和，控制最優(yōu)含水量。擠密樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置500mm厚的灰土墊層，其壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.95。擠密樁施工完成后檢測地基自重濕陷量完全消除，各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。該工程已完工，并使用1年多，經(jīng)沉降觀測沉降量均滿足規(guī)范及使用要求。

圖1

結(jié)束語

濕陷性處理方法很多，但應(yīng)因地制宜，合理選擇。擠密法對于濕陷性較強(qiáng)的自重濕陷性黃土地基是比較好的處理措施，本技術(shù)施工方便、工期短、造價低，處理10~15m左右深度濕陷性黃土效果明顯；其最大優(yōu)點就在于可就地取材，比其他處理濕陷性黃土方法造價為低，尤其像西北等缺水地區(qū)更為適用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高大釗《地基加固新技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

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[3] 黃熙齡《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》2002

[4] 羅宇生《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》2004

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。