灰土樁處理濕陷性黃土地基試驗研究

程玉龍

(1酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 酒泉735000；2蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州730050)

1 引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，基本建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，愈來愈多的工程需要對天然地基進(jìn)行人工處理，以滿足結(jié)構(gòu)物對地基承載力和變形的要求，保證結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用。地基處理作為一門實用性很強的學(xué)科，它的理論與實踐正處于不斷發(fā)展、完善之中，并日益受到了工程界及學(xué)術(shù)界的重視[1～3]。尤其是濕陷性黃土地區(qū)，以其特有的土體結(jié)構(gòu)特點和工程性能給工程建設(shè)帶來了一定的難度，灰土擠密樁作為一種濕陷性黃土地基處理方法，是西北地區(qū)最早推廣應(yīng)用的一種以土治土的方法，其歷史悠久，早已被人們所習(xí)用，并取得了良好的技術(shù)效果[4～7]。隨著技術(shù)的發(fā)展，灰土已被作為一種復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于交通、土建等建筑工程中。但是復(fù)合地基的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于復(fù)合地基的工程實踐。以前對灰土地基性能的認(rèn)識和評價已滿足不了工程實踐的發(fā)展，許多觀點仍停留在經(jīng)驗認(rèn)識上。進(jìn)行復(fù)合地基理論研究，將有助于加深對復(fù)合地基工作機理的認(rèn)識，促進(jìn)地基處理技術(shù)更好地應(yīng)用和更快發(fā)展。因此，對灰土樁復(fù)合地基的工程性能做進(jìn)一步研究探討，具有一定的實際意義。本文以應(yīng)用為出發(fā)點通過大量的工程試驗和大量的室內(nèi)實驗，測量了石灰樁膨脹法加固濕陷性黃土?xí)r黃土的各項力學(xué)參數(shù)的變化以及進(jìn)行了評價。

2 試驗場地概述

蘭州西固某住宅樓地基處理擬采用灰土擠密樁法，設(shè)計要求全部消除地基的濕陷性，處理后地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到220kPa。根據(jù)整片擠密樁試驗及場地補探。補探及室內(nèi)外試驗共成樁32根，靜載荷試驗6點次。挖探井10個，室內(nèi)常規(guī)試驗113組，擊實試驗3組，開剖樁體3個，并進(jìn)行了數(shù)十組現(xiàn)場干密度試驗。

根據(jù)原勘察資料，土層自上而下分別為：

1）黃土狀粉土：談黃色～灰黃色，粉粒為主，具肉眼可見大孔隙。含白色鈣質(zhì)結(jié)核，局部含較大的卵石和大于200mm的漂石。層厚22～29.9m,一般在距地面13～15m以上般堅硬～硬塑，以下軟塑～流塑。

2）卵石層：據(jù)典型的河流向沖擊地層特征，層面在南北方向變化很大，南部高，北部低，高程為1542.21～1548.28m。

地下水位埋藏深度距地面14.1～16.7m之間，水位高程1555.97～1555.13m。

3 擠密效果分析

1）密實度擠密效果分析

土樁單樁樁周土擠密程度沿徑向的變化規(guī)律，(根據(jù)30條實測曲線統(tǒng)計得來)如圖1所示，從圖可以看出，樁周土被擠密的效果顯著，有明顯的規(guī)律性。

圖1 樁周土擠密程度沿徑向變化規(guī)律

2）壓縮性擠密效果分析

圖2 (a)是單樁樁周土在天然濕度及飽水兩種狀態(tài)下的壓縮系數(shù)沿徑向的變化規(guī)律。從圖中可見，天然濕度狀態(tài)下，當(dāng)x>1.5d時，α1-2基本上都大于0.5MPa-1，為高壓縮性土，當(dāng)x=(0.75～1.5)d時常屬中等壓縮性，當(dāng)x=(0.5～0.75)d時一般達(dá)到或接近低壓縮性。在飽水狀態(tài)下當(dāng)x>1.5d時，α1-2都大于0.9MPa-1，當(dāng)x

從圖2（b）中還可以看出，當(dāng)D>79%時，在天然濕度狀態(tài)下，可顯示出中壓縮性，甚至低壓縮性。D>86%時，在飽水狀態(tài)下，也可顯示出中壓縮性，甚至低壓縮性，樁周某點土的壓縮系數(shù)將隨著該點到樁心距的增大而增大，其變化規(guī)律與單樁樁周土密實度的規(guī)律性相似。

圖2 自然狀態(tài)和飽水狀態(tài)下壓縮系數(shù)隨樁心距和擠密系數(shù)的變化關(guān)系曲線圖

3）承載力擠密效果分析

實驗采用慢速維持荷載法，即千斤頂加荷，標(biāo)準(zhǔn)測力計測定荷載，擠密樁施工機械作為反力裝置，百分表側(cè)讀沉降。加荷分級，沉降觀測時間及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)等試驗要點均執(zhí)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7-89）附錄四有關(guān)規(guī)定。

試驗點Ja1、Ja2、Ja3位于三樁間，Jb1、Jb2、Jb3位于樁心，承壓板尺寸為2500cm2(50cm×50cm)。試驗標(biāo)高為樁頂以下0.5m。

試驗點垂直加荷Q及相應(yīng)沉降S的試驗紀(jì)錄，據(jù)此繪制的Q-S關(guān)系曲線見圖3和圖4。

圖3 三樁間土的Q～S 關(guān)系曲線

圖4 樁心的Q～S關(guān)系曲線

可見各試驗點的Q-S曲線均呈緩慢變形或近似直線變化，無明顯的拐點。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7-89）及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-91）的規(guī)定，可取S/b=0.01～0.015對應(yīng)的荷載作為地基承載力的基本值，這里取用S/b=0.012對應(yīng)荷載，三樁間承載力基本值可取用207kPa，樁心承載力基本值可取用443kPa。地基沒有進(jìn)行過處理的承載力一般在100kPa以內(nèi),而經(jīng)過處理的地基，承載力都有顯著提高，一般都增加了一倍以上。

4）濕陷性效果分析

單樁樁周土在不同壓力下的濕陷系數(shù)見圖5，濕陷系數(shù)（豎軸）隨著徑向（橫軸）等增大而增大的效果顯著。由試驗可得，在試驗壓力越大，濕陷系數(shù)隨徑向的變化就越顯著，反之則變化較為平緩，濕陷系數(shù)隨徑向顯著變化與平緩變化之間的過渡又隨著試驗壓力的增大而尤為明顯，且過渡段也越為靠近樁心方向。

圖5 樁周土擠密后濕陷系數(shù)沿徑向變化規(guī)律

4 結(jié)論

通過以上分析可以得到如下結(jié)論：

1）擠密樁按樁徑400mm，間距1.0m的梅花形布設(shè)，復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值可取用240kPa，樁間土的濕陷性完全消除，各項物理力學(xué)性能指標(biāo)均有顯著提高，擠密系數(shù)≥0.90。

2）土樁擠密地基可以用來處理全部濕陷性土層，也可用于處理部分濕陷性土層。

3）對用水量很大，地基大量浸水難于避免的建（構(gòu)）筑物，地基亦處理全部濕陷性土層，至少要消除極大部分的濕陷性。

4）對濕陷性黃土地基用擠密地基解決濕陷問題是主要的，只要濕陷問題解決了，一般壓縮性，承載力和防水抗?jié)B也可以滿足。若將擠密地基做成防水抗?jié)B性能較好的墊層時，則應(yīng)適當(dāng)提高樁間土的密實度要求。

5）場地土的含水量偏低，適當(dāng)?shù)脑鰸衲芴岣叩鼗幚淼男Ч?，由于本次試驗場地存在砂石夾層，增濕深度受到限制，增濕灌水量不宜控制，使增濕后含水量增大不大明顯。但擠密后的效果均能滿足設(shè)計要求。

[1]劉祖典，黃土力學(xué)與工程[M]，西,陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997年.

[2]高國瑞，黃土顯微結(jié)構(gòu)分類與濕陷性[J]，中國科學(xué)，1980，（12）,1203-1208.

[3]雷詳義，中國黃土的孔隙類型與濕陷性[J]，中國科學(xué)（B輯），1987，（12），1309-1316.

[4]GB50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，北京,中國建筑工業(yè)出版社，2004年。

[5]謝定義，黃土力學(xué)特性與應(yīng)用研究的過去、現(xiàn)在與未來.地下空間[J]，1999，19（4）,274～283.

[6]高國瑞，黃土濕陷變形結(jié)構(gòu)理論.巖土工程學(xué)報[J]，1990，12（4）,1 ～ 9.

[7]龔曉南等.地基處理手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社.北京.2000.