李志亮,楊慶義,紀(jì)成亮
(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?山東 濟(jì)南 250010)
隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,工程建設(shè)領(lǐng)域越來(lái)越多的遇到填土地基問題,對(duì)于素填土地基,常用的處理方式為換填墊層法、擠密樁法、強(qiáng)夯法等,作者結(jié)合工程實(shí)例,探討了采用灰土擠密樁法處理新近堆積厚層素填土的可行性,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)、施工參數(shù),為類似工程處理提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。
該工程為青海西寧郊區(qū)某電力工程,工程場(chǎng)地內(nèi)上部廣泛分布黃土狀粉土層,層厚為2.80~15.50 m;部分地段因場(chǎng)地平整,分布厚度6.00~8.20 m的新素填土;下伏密實(shí)卵石層;素填土分布地段(此地段未分布黃土狀粉土)附屬建筑物采用灰土擠密樁地基處理方案。
場(chǎng)地位于湟水河南岸,地貌單元屬山前斜坡地與湟水河高階地過渡地帶;地層巖性主要為第四系素填土、黃土狀粉土、卵石;下伏第三系泥質(zhì)砂巖、泥巖,具體見表1,地下水賦存于卵石層及基巖裂隙中。
表1 場(chǎng)地地層條件
場(chǎng)地內(nèi)素填土為場(chǎng)地平整時(shí),將挖方地段黃土狀粉土及少量卵石挖運(yùn)堆積于地勢(shì)低洼的填方地段而形成,主要成分為黃土狀粉土,局部混卵石,堆積時(shí)間僅為半年,因此應(yīng)定性為粉性新素填土。
填土堆積方式為短期內(nèi)翻斗車傾倒、推土機(jī)推進(jìn)堆填方式,堆填厚度6.00~8.20 m,未分層碾壓,僅上部因堆填機(jī)械運(yùn)行產(chǎn)生一定壓密效果,根據(jù)堆填方式初判填土層在水平及豎向有一定均勻性;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樣密度試驗(yàn)結(jié)果,填土干密度平均值1.30 g/cm3,此干密度未考慮局部卵石分布的影響,介于堆積密度與黃土密度之間;從干密度數(shù)值結(jié)合其形成原因判斷,粉性新素填土層結(jié)構(gòu)松散,具有高壓縮性,且具有一定濕陷性,需進(jìn)行處理后才能作為小型或一般建筑物持力層。
填土區(qū)附屬建筑物采用灰土擠密樁對(duì)素填土進(jìn)行處理,灰土擠密樁的處理深度須穿透素填土層,到達(dá)②卵石層頂面,復(fù)合地基承載力特征值不小于180 kPa。
2.2.1 樁身填料
考慮到場(chǎng)地內(nèi)素填土結(jié)構(gòu)松散,具有高壓縮性,為滿足建筑物對(duì)復(fù)合地基承載力要求,確定采用三七灰土作為樁身填料,樁體壓實(shí)系數(shù)不小于0.96。
2.2.2 樁徑與樁距
本次采用樁徑500 mm灰土擠密樁,樁間距計(jì)算如下:
式中:s為樁間距(m);d為樁孔直徑(m),取0.50 m;d為地基擠密前被處理土層的平均干密度(g/cm3),素填土干密度為1.30 g/cm3;ρdmax為樁間土最大干密度(g/cm3),依據(jù)黃土狀土輕型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果最大干密度為1.73 g/cm3;λc為地基擠密后,樁間土的平均擠密系數(shù),本試驗(yàn)按0.93計(jì)算;η0為形狀系數(shù),正三角形布樁為0.952。計(jì)算得s=1.09 m,本次樁間距選擇1.10 m。
2.2.3 復(fù)合地基承載力估算
式中:fspk為復(fù)合地基承載力特征值(kPa);fpk為單樁承載力特征值(kPa),取500 kPa;fsk為樁間土承載力特征值(kPa),擠密處理后樁間土fsk取110 kPa;m為樁土面積置換率,本工程 m=18.7%。
計(jì)算得試驗(yàn)區(qū)二fspk=183 kPa,與設(shè)計(jì)所要求180 kPa基本一致。
(1) 消石灰與土(場(chǎng)地內(nèi)黃土)的體積配合比為3∶7。
(2) 灰土拌合所用土料應(yīng)性質(zhì)穩(wěn)定,不得使用含有凍土塊、生活垃圾以及有機(jī)質(zhì)含量大于5%的耕土、淤泥質(zhì)土,同時(shí)不得使用膨脹性土和鹽漬土。
(3) 消石灰的質(zhì)量應(yīng)合格,有效(CaO+MgO)含量不得低于60%;本工程消石灰檢測(cè)參數(shù)見表2。
表2 消石灰粉技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)
(4)灰土應(yīng)拌和均勻,回填前含水量應(yīng)接近最優(yōu)含水量,允許偏差應(yīng)為±2%;灰土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3 擊實(shí)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)
成孔時(shí),地基土含水量宜接近最優(yōu)含水量,本次施工前地基土擊實(shí)試驗(yàn)及含水率試驗(yàn)結(jié)果見表4。
表4 擊實(shí)試驗(yàn)及含水率指標(biāo)統(tǒng)計(jì)
地基土天然含水量為平均值為12.8%,接近最優(yōu)含水量13.8%,且不小于12%,可不進(jìn)行增濕作業(yè)。
本次采用錘擊沉管方式成孔,成孔設(shè)備采用DD35型導(dǎo)桿柴油打樁機(jī),沉管底口封閉,底部管箍外徑450 mm;夯實(shí)設(shè)備采用電動(dòng)自行式卷?yè)P(yáng)夯實(shí)機(jī),夯錘重1.5 t,夯錘直徑300 mm,高3.0 m,錘底凸出呈錐形。
3.4.1 成孔工藝
成孔采用錘擊成孔方式,為防止樁孔周圍地面隆起以及成孔困難,采用三遍成孔方式,每一遍間隔兩排。成孔順序見圖1。
3.4.2 夯填工藝
每遍成孔完畢立即進(jìn)行回填夯實(shí),回填夯實(shí)流程如下:夯機(jī)整平穩(wěn)固并對(duì)準(zhǔn)樁孔中心→底夯→填料→夯實(shí)填料→上層填料→夯實(shí)上層填料→至樁頂標(biāo)高→夯機(jī)移位;夯填時(shí)應(yīng)先底夯,夯擊次數(shù)一般為8~10擊;單層填料量0.10~0.15 m3(虛填厚度約50~80 cm),夯錘落距2.0~5.0 m,每層錘擊次數(shù)7~10擊。由于夯實(shí)時(shí)樁體上部與樁體下部夯錘落距的差異,在夯填距樁頂標(biāo)高3 m以下樁體時(shí),錘擊數(shù)控制在7~8擊,夯錘落距不小于5.0 m;當(dāng)夯填3 m以上樁體時(shí),錘擊數(shù)控制在9~10擊,夯錘落距不小于3.0 m。為增加基底下樁間土擠密效果,在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上增夯0.50 m,該部分在載荷試驗(yàn)檢測(cè)前挖除。
圖1 成孔順序示意圖
3.4.1 參數(shù)統(tǒng)計(jì)
樁孔成孔及夯填主要參數(shù)見表5、表6。
表5 成孔參數(shù)統(tǒng)計(jì)
表6 夯填參數(shù)統(tǒng)計(jì)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),本次成孔及夯填施工過程中地面震動(dòng)影響范圍為50 m、噪音影響范圍大于200 m,灰土拌合期間存在揚(yáng)塵可能;為有效消除或降低灰土擠密樁施工帶來(lái)的環(huán)境影響,應(yīng)采取夜間停止施工、施工材料抑塵覆蓋的環(huán)保措施。
(1) 成孔施工時(shí)三遍成孔總錘擊數(shù)以及最后1 m錘擊數(shù)呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì),說(shuō)明成孔施工對(duì)樁間土起到一定的擠密作用,且三遍成孔擠密疊加效應(yīng)明顯。
(2) 回填夯實(shí)前必須進(jìn)行底夯,本試驗(yàn)底夯次數(shù)一般控制在8~10擊;由于成孔及鄰孔夯填施工產(chǎn)生的振動(dòng)、成孔設(shè)備提升刮擦孔壁等原因,夯填前樁孔底部可能塌落一定厚度的虛土,塌落虛土厚度不應(yīng)大于90 cm且底夯后孔底壓實(shí)土厚度不應(yīng)大于30 cm,如不滿足上述要求,則應(yīng)采取二次成孔或洛陽(yáng)鏟掏土清孔的處理措施。
(3) 灰土擠密樁施工成孔直徑450 mm,擠密后樁體直徑478~515 mm,平均500 mm。
(4) 因素填土局部混卵石,該層土夾石厚度約為0.2 m~2.0 m;該區(qū)域成孔期間,樁孔由于土夾石導(dǎo)致塌孔嚴(yán)重,施工期間對(duì)該部分樁孔進(jìn)行素土回填并二次成孔,二次成孔未發(fā)生塌孔現(xiàn)象。
(5) 由于夯填施工時(shí)樁體上、下部夯錘落距的差異,在夯填距樁頂標(biāo)高3 m以下樁體時(shí),夯錘落距不小于5 m,錘擊數(shù)控制在7~8擊;夯填3 m以上樁體時(shí),夯錘落距不小于3 m,錘擊數(shù)控制在9~10擊,上述措施有效解決了上部土體因上覆壓力低而不易擠密的情況。
樁體密實(shí)度數(shù)據(jù)見表7。
表7 樁體密實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
樁體壓實(shí)系數(shù)均不小于0.96,平均值0.97,滿足規(guī)范要求;樁邊緣處壓實(shí)系數(shù)小于樁中心處,但差異不大。
樁間土擠密效果檢測(cè)數(shù)據(jù)見表8。
表8 樁間土擠密效果檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
樁徑外100 mm處平均擠密系數(shù)為0.99,三樁中心平均擠密系數(shù)為0.98,數(shù)據(jù)表明樁間土在水平及豎向密度均勻,擠密效果良好,滿足設(shè)計(jì)要求。樁間素填土干密度最小1.71 g/cm3,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),可以間接判斷處理后樁間素填土無(wú)濕陷性。
本次對(duì)樁間素填土進(jìn)行了濕陷性試驗(yàn)檢測(cè),處理深度內(nèi)樁間土濕陷系數(shù)0.003~0.007,表明處理后樁間土無(wú)濕陷性。
本次共布置三點(diǎn)平板載荷試驗(yàn),最大加載至540~600 kPa,承壓板累計(jì)沉降量30.66~34.91 mm,p-s曲線均出現(xiàn)明顯陡降段,見圖2,可認(rèn)為三點(diǎn)均已加荷至破壞狀態(tài),灰土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值取240 kPa、變形模量取17 MPa。
圖2 代表性檢測(cè)點(diǎn)p-s曲線
通過測(cè)定樁體及樁間土試樣壓縮模量計(jì)算復(fù)合地基壓縮模量如下:
式中:Esp為復(fù)合土體的壓縮模量(MPa);Ep為樁體壓縮模量(MPa),試驗(yàn)得21.6 MPa;Es為樁間土壓縮模量(MPa)試驗(yàn)得19.7 MPa;m為復(fù)合地基置換率,m=18.7%。
計(jì)算得:復(fù)合土體的壓縮模量為20.1 MPa,建議取15 MPa。
(1) 三七灰土擠密樁樁徑500 mm、樁距1.10 m處理后粉性新素填土復(fù)合地基承載力特征值可達(dá)240 kPa、變形模量可達(dá)17 MPa,該特征值下載荷試驗(yàn)對(duì)應(yīng)沉降量約10 mm。
(2) 灰土擠密樁處理厚層新素填土地層效果明顯,樁間填土擠密效果明顯,處理后密度大幅度提高,且水平及豎向均勻性較好,處理后無(wú)濕陷性。
(3) 施工過程中應(yīng)充分考慮成孔孔底落土、上部樁間土不易擠密等問題,并采取相應(yīng)措施解決。
(4) 擠密樁法施工對(duì)鄰近場(chǎng)地有振動(dòng)、噪音、揚(yáng)塵等環(huán)境影響,施工時(shí)應(yīng)采取有效措施解決。
[1]DL/T5024-2005,電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].