在大厚度濕陷性黃土場地和大深度填方場地 

地基處理新方法探討 

----介紹一個處理自重濕陷性黃土26m的工程實例 

 

【摘要】濕陷性黃土是指在一定壓力下受水浸濕, 土體結(jié)構(gòu)迅速破壞, 并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土。 它的這種特性, 會對建筑物帶來不同程度的危害, 使建筑物大幅度沉降、折裂、傾斜, 嚴(yán)重影響其安全和使用。大厚度的填方場地的土體，與濕陷性黃土有類似的特性，就其承載力和濕陷變形而言，這兩類土體應(yīng)該屬于同一類。

本文通過對大厚度濕陷性黃土和填方場地地基的濕陷性以及濕陷機理分析以及濕陷性的評價, 結(jié)合工程實例，提出對大厚度濕陷性黃土和填方場地，對于上部結(jié)構(gòu)要求承載力較高（大于500kpa）、全部消除濕陷或者剩余濕陷量為零的甲類建（構(gòu)）筑物的地基處理的方法探討，以及與之相關(guān)的質(zhì)量檢測與控制在設(shè)計和施工中的建議。

 

濕陷機理分析

黃土的濕陷機理：黃土是在干旱和半干旱條件下形成的。在干旱少雨的條件下, 由于蒸發(fā)量大, 水分不斷減少, 鹽類析出, 膠體凝結(jié), 產(chǎn)生了加固粘聚力, 在土濕度不很大的情況下, 上覆土層不足以克服土中形成的加固粘聚力, 因而形成欠壓密狀態(tài), 一旦受水浸濕, 加固 粘聚力消失, 就產(chǎn)生濕陷。

填方土的濕陷機理：填方土是在人類活動中堆積或經(jīng)過一定的工程措施形成的。主要的成份大多為粉土、黃土或者夾有少量雜質(zhì)的粘粒土。在填方形成過程中，大多以自然堆積、分層攤鋪、機械夯實等多種方式方法完成。填方土的土體顆粒性狀相比較一般自然狀態(tài)的黃土、粉土，一般沒有層理或者層理不明顯，且其均勻性較差、顆粒之間加固粘聚力差異較大、孔隙比差異懸殊，屬于欠固結(jié)高壓縮性土體。在自然狀態(tài)下，經(jīng)過一定時間后，土體自重產(chǎn)生的附加應(yīng)力會對原有的土體顆粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的影響，引發(fā)土體結(jié)構(gòu)變形和整體的不均勻下沉；特別是該土體經(jīng)過水浸達到一定含水率時，土體顆粒之間會產(chǎn)生二次或者多次的固結(jié)過程，原來的粘聚平衡會被打破進而產(chǎn)生新的平衡，故而就產(chǎn)生濕陷和整體變形。這種沉降和變形表現(xiàn)為隨機性和不確定性，

因此應(yīng)對濕陷性場地的地基有可靠的鑒定和正確的認(rèn)識, 并采取必要的工程措施防止或消除它的濕陷性。

地基處理方法

對于濕陷性土體，一般的地基和基礎(chǔ)處理方法，主要是通過工程措施消除或者減少土體的濕陷量，減小孔隙率和提高密實度，增強地基土的承載力和均勻性。

對于濕陷性場地，在消除濕陷性時，首先要通過機械的強力作用，將原來土體顆粒結(jié)構(gòu)中的膠體凝結(jié)加固粘聚力的骨架破壞。對于重度濕陷性黃土，一般含水率較低，硬度指數(shù)較高，其骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很強，如果在采取工程措施時，機械外力不足以破壞該結(jié)構(gòu)或者程度較差，是不足以消除濕陷性的。同樣的道理，如果機械外力足以將原來的骨架結(jié)構(gòu)破壞，再對土體增加一定量的填方夯實料進行置換，就可以達到減少土體孔隙比、提高重度和密實度，進而可以消除土體濕陷性的目的。

一般情況，當(dāng)采用鉆孔等取土方法成孔、重錘夯實的DDC工法時，由于成孔時采用鉆孔等取土方法，是不足以將樁孔四周的土體骨架結(jié)構(gòu)破壞的，因此在填料夯實置換過程中，夯錘的重力對于周邊土體的擠擴作用不明顯或者效果很差，所以表現(xiàn)為樁周一定范圍內(nèi)土體的濕陷性基本沒有消除。

本文介紹的施工方法，就是通過在樁體成孔過程中，經(jīng)過機械強力夯擴，將土體擠向四周，以達到破壞原來的土體骨架，又能最大程度的縮小被作用土體及其周圍的孔隙比（可以將成孔的容積視為被壓縮土體的孔隙），然后在填料夯實中，再經(jīng)過夯錘的重力對于周邊土體的擠擴作用，樁周一定范圍內(nèi)土體的濕陷性能得到消除。同時，也可采用素混凝土夯擴樁疊加灰土樁（或素土樁）形成平面組合式復(fù)合地基，達到大大提高地基土的承載力的作用。

實  例

1 工程地質(zhì)概況

該工程為一有色金屬加工項目，位于山西省呂梁地區(qū)。地基土自上而下分布依次為：第四系全新統(tǒng)人工堆積物（填方土）、第四系上中更新統(tǒng)風(fēng)成堆積物（黃土）。

第①層 素填土（Q₄^2ml）：黃、淺黃色，主要為人工填方夯實土，以粉土為主，砂粒含量較高，手摸有砂感，局部相變粉砂，結(jié)構(gòu)較松散，無明顯層理，局部含鈣質(zhì)結(jié)核，干，中密，局部稍密，具空隙，具濕陷性。標(biāo)貫擊數(shù)6~13擊。層底埋深0.6~17.2m。平均厚度3.5m。

第②層 黃土狀粉土（Q₄^1eol）：黃褐色、黃、淺黃色，干，稍密，具大空隙，蟲孔發(fā)育，含少量鈣質(zhì)菌絲及結(jié)核，砂粒含量較高，手摸有砂感，局部變相為粉砂，結(jié)構(gòu)松散，含植物根系，具濕陷性。標(biāo)貫擊數(shù)6~17擊。層底埋深7.8~19.72m。平均厚度9.5m。

第③層 濕陷性粉土（Q₃^eol）：淺黃色、黃、黃褐色，干，稍密，具大空隙，垂直節(jié)理發(fā)育，局部含鈣質(zhì)結(jié)核，砂粒含量較高，手摸有砂感，結(jié)構(gòu)松散，具濕陷性。標(biāo)貫擊數(shù)11~26擊。層底埋深16.2~25.0m。平均厚度8.8m。

第④層 黃土（Q₃^eol）：黃、黃褐色，成分為粉土，稍濕，稍密，局部中密，偶具大空隙，垂直節(jié)理一般發(fā)育，含鈣質(zhì)結(jié)核，砂粒含量較高，手摸有砂感，低壓力下基本無濕陷，高壓下具濕陷性。標(biāo)貫擊數(shù)16~27擊。層底埋深23.2~31.3m。平均厚度6.1m。

第⑤層 粉土（Q₂₊₃）：黃褐、黃紅、褐紅色，稍濕，稍密，中密，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，粘粒含量相對較高，局部變相為粉質(zhì)粘土，無濕陷。標(biāo)貫擊數(shù)17~29擊。最大揭露深度30.5m，最大揭露厚度10.3m。

2 地基和基礎(chǔ)處理基本技術(shù)要求

要求處理后的地基土濕陷性全部消除，樁間土的擠密系數(shù)不小于0.93.處理后的復(fù)合地基方案特征值不小于700kpa。

3 地基和基礎(chǔ)處理設(shè)計與施工參數(shù)

采用素混凝土夯擴樁疊加水泥土樁組合式復(fù)合地基方案。素混凝土夯擴樁：樁徑450mm，樁長15.0m，樁身混凝土強度等級C35,單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于3000KN，樁間距1.732m等邊三角形布置；在素混凝土夯擴樁下端施工11.0m的水泥土樁；再在每相鄰三根素混凝土夯擴樁的三角形型心布置一根水泥土樁，其樁長26.0m，沉管擠土成孔直徑400mm，重錘夯實樁身填充料并使其樁體擴大，成樁直徑不小于520mm，樁體填充料為水泥土，水泥土配合比為1:5。具體布置形式見布樁圖一。

4檢測結(jié)果

1、單樁豎向抗壓承載力載荷試驗結(jié)果

單樁豎向抗壓承載力載荷試驗結(jié)果匯總表    表1                              

由載荷試驗結(jié)果可見，3根樁的沉降量均較小，Q-s曲線比較平緩，無明顯陡降段，3根樁的單樁豎向抗壓承載力極限值均為3000kN。

2、單樁復(fù)合地基承載力載荷試驗結(jié)果

單樁復(fù)合地基承載力載荷試驗結(jié)果匯總表             表2

 

 

工程名稱：××化鋁項目一期							試驗樁號： 1#
測試日期：2012-06-04			樁長：26m				樁徑：450mm
荷載(kN)	0	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	3000
本級沉降(mm)	0.00	0.61	0.26	0.33	0.52	0.66	0.47	1.07	0.78	0.94
累計沉降(mm)	0.00	0.61	0.87	1.20	1.72	2.38	2.85	3.92	4.70	5.64

 

由載荷試驗結(jié)果可見，3個試驗點的沉降量均較小，P-s曲線比較平緩，無明顯陡降段。綜合分析，各試驗點極限荷載均為Qu≥1404kPa，單樁復(fù)合地基承載力特征值均為f_spk＝702kPa。

3、樁間土和樁體試樣的干密度及其相應(yīng)的擠密系數(shù)和壓實系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

       擠密系數(shù)、壓實系數(shù)統(tǒng)計表      表3

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，樁間土探井樣擠密系數(shù)平均值為0.95，樁體探井樣壓實系數(shù)平均值為0.96。

4、檢測結(jié)論

1、本次低應(yīng)變檢測的3根素砼夯擴樁試樁均為Ⅰ類樁，不存在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類樁。檢測樁的波速值在3852～4199m/s之間，平均波速為4081m/s。

2、根據(jù)靜載荷試驗結(jié)果綜合分析，該場地3根素砼夯擴樁試樁的單樁豎向抗壓承載力極限值均為3000kN，達到設(shè)計預(yù)估值。

3、根據(jù)靜載荷試驗結(jié)果綜合分析，該場地3個單樁復(fù)合地基載荷試驗點的承載力特征值均為702kPa，達到設(shè)計預(yù)估值。

4、樁間土6個探井樣擠密系數(shù)平均值為0.95，樁體6個探井樣壓實系數(shù)平均值為0.96。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗結(jié)果，所取樁間土試樣濕陷系數(shù)δ_S小于0.015，綜合分析認(rèn)為，經(jīng)地基處理后樁間土濕陷性已消除。

 

結(jié) 論

 

通過上述工程實例，我們認(rèn)為，在濕陷性黃土場地或者大厚度填方場地，采用以擠土成孔、重錘夯實方式的擠密樁施工方法，較采用鉆孔成孔、重錘夯實方式的DDC工法效果要顯著。另外，在合理樁間距的情況下，通過素土樁（或者灰土樁）與擠土成孔的素混凝土夯擴樁的合理搭配布置，既可以起到消除濕陷的目的，同時還能起到大幅度提高地基土承載力的目的。對于復(fù)合地基的變形問題，可以通過素混凝土剛性樁的樁長來調(diào)整，達到控制總體變形的目的。目前，按此方案施工的最大處理深度可達37.0m。