碎石樁處理飽和軟粘性土地基的探討

梁 進(jìn)

1 概述

碎石樁法用于處理軟土地基，國內(nèi)外有著較多的工程實(shí)例。但由于軟粘土或高塑性粉土含水量高、透水性差，部分地區(qū)土質(zhì)保持高靈敏性，碎石樁很難發(fā)揮擠密效果，其主要作用是部分置換并與軟粘性土構(gòu)成復(fù)合地基，同時(shí)加速土的排水固結(jié)，從而增大地基土的強(qiáng)度，提高軟土的承載力。在軟粘性土中采用碎石樁法有成功的經(jīng)驗(yàn)，也存在著失敗的教訓(xùn)，不少專業(yè)人士對(duì)碎石樁處理軟粘性土持懷疑態(tài)度，認(rèn)為粘性土透水性差，特別是靈敏性高的土在成樁過程中，土中產(chǎn)生的孔隙水壓力不能迅速消散，同時(shí)天然結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)將導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，樁體屬散體材料，土體結(jié)構(gòu)破壞后對(duì)樁體的側(cè)向束縛削弱，樁體質(zhì)量不易保證，因此，碎石樁處理后如不經(jīng)過預(yù)壓排水固結(jié)，復(fù)合地基很難在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用，很多工程復(fù)合地基承載力短期內(nèi)低于原天然地基土承載力特征值;本文通過一集中供熱工程碎石樁復(fù)合地基的處理及再次改善過程，闡明在施工工期短，對(duì)變形要求嚴(yán)格的飽和粘性土地基上的建筑物，采用碎石樁復(fù)合地基時(shí)要慎重對(duì)待，最好通過現(xiàn)場試驗(yàn)后再確定。

2 工程概況

1)本工程位于太原經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，建筑物包括煙囪、風(fēng)機(jī)房、鍋爐房，筏片基礎(chǔ)，基底荷載150 kPa。

2)場區(qū)內(nèi)地基土主要由第四系全新統(tǒng)近期、早期沖洪積成因的粉質(zhì)粘土及粉土組成。天然地基持力層③層粉質(zhì)粘土，下臥層為④層粉土，物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。場地地下水類型為孔隙潛水，埋深0.70 m ～1.40 m、高程770.69 m ～771.42 m。地基土在20 m深度范圍內(nèi)為中軟土，建筑場地類別為Ⅲ類。擬建場地屬抗震不利地段。本場區(qū)地基土飽和粉土存在液化，液化等級(jí)輕微～中等。

3)地基處理。持力層及下臥層強(qiáng)度較低，不能滿足建筑物上部荷載的要求，并屬于液化場地，地基液化等級(jí)輕微～中等，設(shè)計(jì)采用碎石擠密樁處理地基，正三角形布樁，樁間距1100 mm，樁徑400 mm，樁長8.0 m，總樁數(shù)3288根，要求處理后的承載力特征值不小于150 kPa。

表1 地基土物理性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3 檢測手段及目的

1)采用碎石樁樁體動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測樁體的密實(shí)度及完整性，布置66根。

2)采用樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判定地基土的液化和樁間土的處理效果，試驗(yàn)數(shù)量為66組。

3)采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)對(duì)碎石樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測，數(shù)量為4組。

4 檢測結(jié)果分析

1)通過抽檢，樁體完整性和長度滿足要求，根據(jù)本次檢測各段樁體重型動(dòng)力觸探擊數(shù)隨深度變化特點(diǎn)，將受檢樁體自樁頂至樁底分為4段進(jìn)行評(píng)價(jià)，第1段自樁頂下2.2 m～6.0 m，厚度差別大，觸探擊數(shù)1.0 擊 ～4.9 擊，平均2.4 擊;第2 段底界4.5 m ～8.8 m，厚度差別大，觸探擊數(shù)1.0 擊 ～4.9 擊，平均5.3 擊;第 3 段底界6.0 m ～9.4 m，厚度差別大，觸探擊數(shù)5.9 擊 ～11.2 擊，平均7.5擊;第4段底界為各樁樁底，厚度差別大，觸探擊數(shù)6.7擊～13.5 擊，平均10.1 擊。

2)樁間土擠密效果及液化消除情況。根據(jù)揭露地層情況，樁間土分為3層:第①層粉質(zhì)粘土，層底埋深約5.0 m～5.5 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)1.0擊～3.9擊，平均2.6擊;第②層粉質(zhì)粘土，層底埋深約10 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)3.0擊～10.5擊，平均5.3擊;第③層粉土，層底埋深約15 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)6.2擊～11.7擊，平均10.1擊(見表2)。

表2 地基處理前后樁間土標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)比表 擊

從表2可以看出經(jīng)地基處理后樁間土標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)變化不明顯，樁間土擠密效果不明顯。

由于地基處理后水位下降不明顯，標(biāo)貫擊數(shù)提高不大，根據(jù)本次檢測標(biāo)貫孔留取飽和粉土擾動(dòng)樣粘粒含量結(jié)果對(duì)地基處理后的液化進(jìn)行判定，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，7個(gè)孔僅有2個(gè)孔為中等，液化指數(shù)為8.2和8.23，其余均小于1.0或不液化，經(jīng)處理后地基土液化情況有所改善。

3)本次共進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)4組，各點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 各點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)表3結(jié)果可知，各組試驗(yàn)均未加到預(yù)計(jì)壓力，因此將最大試驗(yàn)壓力的前一級(jí)壓力作為極限荷載。

4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值在15 kPa～60 kPa之間，平均41.2 kPa，極差45 kPa(見表4)，由于基坑開挖的擾動(dòng)、地基土處理后樁間土結(jié)構(gòu)破壞、承壓板側(cè)向變形較大等原因，致使處理后承載力低于天然地基土的承載力。

表4 載荷試驗(yàn)成果表(一)

5 解決問題

經(jīng)檢測后復(fù)合地基不能滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)專家論證后，決定在碎石樁復(fù)合地基上鋪設(shè)土工筋帶可以增強(qiáng)承載力和調(diào)整不均勻沉降，共鋪設(shè)5層，鋪一層土工筋帶鋪一層碎石，處理后又進(jìn)行了5組平板載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 載荷試驗(yàn)成果表(二)

5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值平均167 kPa，極差48.5 kPa，未超過30%，因此，經(jīng)土工筋帶加碎石處理后復(fù)合地基承載力特征值為167 kPa。

6 結(jié)語

通過以上工程實(shí)例，高靈敏性飽和粘性土在經(jīng)碎石樁處理后，短期內(nèi)很難達(dá)到預(yù)期的效果，很多工程復(fù)合地基承載力短期內(nèi)低于原天然地基土承載力特征值;因此，對(duì)變形要求嚴(yán)格，工期要求緊的飽和粘性土地基上的建筑物，采用碎石樁復(fù)合地基時(shí)要慎重對(duì)待，但可以結(jié)合預(yù)壓排水固結(jié)方法進(jìn)行。

[1]朱 偉.淺談水泥粉煤灰碎石樁[J].山西建筑，2011，37(11):79-80.