探析某工程濕陷性黃土地基處理方案比選

仇道健 湯慧卿 牛香玉

摘 要 濕陷性黃土因其遇水濕陷強(qiáng)度降低之故，對(duì)工程建設(shè)造成危害，在濕陷性黃土上建設(shè)工程，必須對(duì)其濕陷性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，結(jié)合工程特點(diǎn)進(jìn)行地基處理，才能確保工程安全。

關(guān)鍵詞 濕陷性黃土;地基處理;灰土擠密樁;孔內(nèi)強(qiáng)夯

前言

黃土占全球陸地總面積的9.3%，主要分布于中緯度干旱、半干旱地區(qū)。我國(guó)黃土分布面積約64萬(wàn)km2，主要分布在山西、陜西、甘肅的大部分地區(qū)，河南西部和寧夏、青海、河北的部分地區(qū)。此外，新疆維吾爾族自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)和山東、遼寧、黑龍江等省的局部地區(qū)亦分布有濕陷性黃土。濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，土的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與上覆土的自重壓力下，引起的濕陷變形是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對(duì)建筑物危害性大。因此，在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基受水浸濕引起濕陷對(duì)建筑物產(chǎn)生危害[1]。

一般地，濕陷性黃土地基處理方法有物理、化學(xué)、生物或綜合的處理方法，具體有挖除換填、強(qiáng)夯擠密、預(yù)浸水、化學(xué)加固、防水、樁基穿透等方法。不同的處理方法有其自身優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，在選擇處理方法時(shí)要遵循經(jīng)濟(jì)、安全的原則，綜合考慮工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境等因素做出科學(xué)選擇。

1工程概況

洛陽(yáng)市某高層建筑物位于洛河二級(jí)階地上，60.0m×16.0m，地上18層，地下1層，基底埋深-5.0m，框架結(jié)構(gòu)，柱底最大軸力12000kN，安全等級(jí)為二級(jí)。

2工程地質(zhì)條件

地基土共分9層，1層為素填土，主要為建筑垃圾，塊徑大小不一，結(jié)構(gòu)疏松，厚度4m～6m，平均厚度5m，在場(chǎng)地范圍內(nèi)普遍存在，2層為全新統(tǒng)新近沖洪積（Q42al+pl）形成的黃土狀粉土，3層為全新統(tǒng)沖洪積（Q41al+pl）黃土狀粉質(zhì)粘土，4～9層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）黃土狀土、砂性土及碎石土，地層結(jié)構(gòu)具典型二元結(jié)構(gòu)。2～5層為濕陷性黃土，濕陷系數(shù)δs在0.015～0.0805之間，屬Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷性土層的下限深度為6層頂面，平均濕陷深度約20m[2]。

地下水屬孔隙潛水，埋藏深度20.0m～21.3m，賦存于7層底部及8、9層中，以大氣降水和洛河補(bǔ)給為主，水位年變幅1m～3m。

3DDC法工作機(jī)理

DDC法是以強(qiáng)夯重錘對(duì)孔內(nèi)深層填料，進(jìn)行分層強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯的孔內(nèi)深層作業(yè)，噪音小、公害小，在重量小、壓強(qiáng)高的特制重錘（10～15t）作用下，能產(chǎn)生幾千個(gè)kN·m/m2高壓強(qiáng)的動(dòng)能。由于樁錘直徑小，在相同夯錘重和落距條件下，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯的單位面積夯擊能量比強(qiáng)夯法大很多。施工時(shí)由深及淺，自下而上均勻加固地基，最深可達(dá)30m。DDC技術(shù)樁錘呈尖錐桿狀或呈橄欖狀，夯擊時(shí)，對(duì)下層填料是深層動(dòng)力夯、砸、壓密，對(duì)上層新填料是動(dòng)力夯、砸、劈裂和強(qiáng)制側(cè)向擠壓密實(shí)。通過(guò)樁錘的動(dòng)力夯擊在錘側(cè)面上，產(chǎn)生極大的動(dòng)態(tài)被動(dòng)土壓力，迫使土料向周邊強(qiáng)制擠出，樁間土也被強(qiáng)力擠密加固。

采用DDC法加固的樁體，由于采用高能量的高壓夯擊和動(dòng)態(tài)沖、砸、擠壓的強(qiáng)力壓實(shí)和擠密作用，不僅使樁體十分密實(shí)，受到很大夯擊能后緩慢釋放，不斷對(duì)樁周土施加向擠壓力，而樁周土受到的側(cè)向強(qiáng)力擠密應(yīng)力，成樁后慢釋放，對(duì)樁體產(chǎn)生很大的側(cè)向約束的“抱緊”作用，使樁體有剛、柔性樁的特點(diǎn)。對(duì)于分層地基或軟硬不均土層，樁體施工擠密過(guò)程中，會(huì)形成串珠狀體，有利于樁與樁側(cè)土的密“咬合”，增大了側(cè)壁摩阻力，使加固后的樁與樁間土成一個(gè)密實(shí)整體，處理后的復(fù)合地基不僅剛度均勻，而且承性狀顯著改善[3]。

4質(zhì)量檢測(cè)

（1）質(zhì)量檢測(cè)的方法。質(zhì)量檢測(cè)視加固目的不同而有所不同，以消除濕陷性為目的，可側(cè)重?cái)D密和消除濕陷性檢測(cè)，以提高承載力為主可采用靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。

（2）檢測(cè)內(nèi)容。質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容包括樁體檢測(cè)、樁間土檢測(cè)和復(fù)合地基檢測(cè)三部分。

（3）樁體檢測(cè)。①樁徑檢測(cè)。在各施工地段，隨機(jī)抽檢樁徑，設(shè)計(jì)樁徑450mm，但夯擴(kuò)擠密作用下，實(shí)際樁徑一般在500mm～550mm。②剖樁檢測(cè)。在各施工地段，隨機(jī)進(jìn)行剖樁抽檢，主要檢測(cè)樁體的垂直度及樁體不同深度的干密度。抽檢結(jié)果表明：樁體的垂直度基本滿(mǎn)足規(guī)范要求，樁體干密度的最大值為2.05g/cm3，最小值為1.98g/cm3，平均干密度為2.01g/cm3。

③樁體壓實(shí)系數(shù)檢測(cè)。樁體壓實(shí)系數(shù)檢測(cè)采用深層小環(huán)刀及重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)兩種方法，均在施工過(guò)程中隨機(jī)抽檢。

環(huán)刀抽檢結(jié)果表明：最小壓實(shí)系數(shù)為0.97，最大壓實(shí)系數(shù)為1.03，平均壓實(shí)系數(shù)0.98，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

樁體重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)是在夯填成樁后48小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)（N63.5）和相應(yīng)壓實(shí)系數(shù)（Dr）繪制N63.5-Dr關(guān)系曲線(xiàn)圖，確定“合格錘擊數(shù)”標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定樁體的壓實(shí)系數(shù)。當(dāng)動(dòng)力觸探試驗(yàn)每10cm的錘擊數(shù)不小于13擊時(shí)，樁體的壓實(shí)系數(shù)即達(dá)到0.97。經(jīng)隨機(jī)抽檢，全部合格。

綜合上述檢測(cè)成果，樁體密實(shí)度較高、連續(xù)性好，樁身強(qiáng)度較均勻，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（4）樁間土檢測(cè)。樁間土擠密效果的檢測(cè)，是在三角形布樁形心處（擠密效果最弱處）取原狀樣，以確定樁間土的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。各檢測(cè)區(qū)域均挖探井取樣，一般沿深度每隔1.0m取一件試樣，經(jīng)統(tǒng)計(jì)將檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

分析檢測(cè)結(jié)果可以看出，地基土的濕陷性全部消除，且濕陷起始?jí)毫笥?00kPa，樁間土的干密度較天然土有很大提高，平均擠密系數(shù)均大于0.9。

綜合上述檢測(cè)成果，樁間土擠密效果總體比較好，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（5）復(fù)合地基檢測(cè)。本次共進(jìn)行了6組靜載荷試驗(yàn)，其荷載——位移關(guān)系（p～s）曲線(xiàn)見(jiàn)圖1（見(jiàn)文末）。

根據(jù)p～s曲線(xiàn)，按相對(duì)變形法取s/d=0.012判定復(fù)合地基承載力特征值均為352kPa。

綜合上述檢測(cè)結(jié)果，DDC渣土樁復(fù)合地基全部消除了地基濕陷性，承載力滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5結(jié)束語(yǔ)

在處理濕陷性黃土地基時(shí)，必須根據(jù)場(chǎng)地濕陷程度、濕陷等級(jí)、濕陷厚度等實(shí)際情況，結(jié)合建筑物上部結(jié)構(gòu)特征和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件等綜合判斷，合理比選論證，選擇經(jīng)濟(jì)安全科學(xué)的處理方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范：GB50025-2004[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，2004.

[2] 孔內(nèi)深層強(qiáng)夯技術(shù)規(guī)程，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：CECS197：2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3] 佚名.某高層建筑巖土工程勘察報(bào)告[ED/OL].https：//wenku.baidu.com/view/dd26ec65fc0a79563c1ec5da50e2524de418d092.html，2019-9-11.

作者簡(jiǎn)介

仇道?。?971-），男;職稱(chēng)：高級(jí)工程師，注冊(cè)土木工程師（巖土），現(xiàn)就職單位：黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，研究方向：巖土工程。