灰土擠密樁在濕陷性黃土地區(qū)電廠機(jī)力塔地基處理中的應(yīng)用

張小強(qiáng)

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

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灰土擠密樁在濕陷性黃土地區(qū)電廠機(jī)力塔地基處理中的應(yīng)用

張小強(qiáng)

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

通過工程實(shí)例，介紹了濕陷性黃土地區(qū)發(fā)電廠機(jī)力塔地基處理工程中采用灰土擠密樁工藝的選擇及檢測方法，處理后的地基土濕陷性被消除，其承載力及穩(wěn)定性都得到了較大的提高，能夠滿足建筑設(shè)計(jì)的要求及目的。表明了灰土擠密樁在處理濕陷性黃土地區(qū)的地基工程中技術(shù)上是可行的，且經(jīng)濟(jì)合理。

濕陷性黃土；灰土擠密樁；機(jī)力塔；地基處理

在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土稱為濕陷性土，廣泛分布于我國山西、陜西、甘肅大部分地區(qū)，河南西部和寧夏、青海、河北的部分地區(qū)及新疆、內(nèi)蒙古、遼寧、黑龍江等省局部地區(qū)。由于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)度明顯降低，在附加壓力和附加壓力及土的自重壓力下引起的濕陷變形，是一種沉降量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對建筑物危害性大[1]。因此，在濕陷性黃土地基上進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷所造成的危害。文中將針對內(nèi)蒙古呼和浩特地區(qū)某濕陷性黃土場地?cái)M建電廠機(jī)力塔地基處理工程，從方案設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢測等方面，探討了灰土擠密樁在濕陷性黃土地區(qū)電廠機(jī)力塔地基處理中的應(yīng)用及效果。

1 工程實(shí)例概況

本工程是某發(fā)電廠2×600 MW級空冷機(jī)組建設(shè)機(jī)力塔工程，因天然地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行地基處理，經(jīng)方案比選和以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)采用灰土擠密樁進(jìn)行地基處理。處理后采用單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)、靜力觸探、探井及土工試驗(yàn)對樁體強(qiáng)度及樁間土擠密效果、地基土濕陷性進(jìn)行檢測。要求處理后復(fù)合地基承載力特征值為250 kPa，擠密系數(shù)平均值不小于0.90，樁體土壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。并消除地基土的濕陷性。根據(jù)勘探資料及室內(nèi)土工試驗(yàn)資料，勘測場地內(nèi)地基土工程特性由上往下表述為：

(1)素填土(Q4ml)，灰黃色，稍密，稍濕，含姜石、礫石，土質(zhì)不均勻。該層僅分布于廠址地表。力學(xué)性質(zhì)較差。

(2)黃土(粉土) (Q3al+eol)，淺黃色-棕黃色，稍密，稍濕，含粉細(xì)砂透鏡體，土質(zhì)不均勻。力學(xué)性質(zhì)較差，且具濕陷性，不滿足建(構(gòu))筑物天然地基持力層的要求，需進(jìn)行地基處理。

(3)黃土(粉土) (Q3al+eol)，淺黃色-棕黃色，稍濕，稍密，土質(zhì)比較均勻。力學(xué)性質(zhì)較差，但該層土不具濕陷性，可滿足附屬建(構(gòu))筑物天然地基持力層的要求。

(4)黃土(粉土)(Q2al+eol)，棕黃色，稍濕，中密，局部含少量鈣質(zhì)結(jié)核、局部夾粉質(zhì)粘土透鏡體。力學(xué)性質(zhì)較好，可作為附屬建(構(gòu))筑物天然地基良好持力層。

(5)粉質(zhì)粘土(N2)，棕黃色-棕色，中密，稍濕，局部含有少量鈣質(zhì)結(jié)核、白色菌絲，局部有粉土透鏡體。力學(xué)性質(zhì)較好，且厚度較厚，可作為主要建(構(gòu))筑物地段樁基良好持力層。

(6)粉土(N2)，棕黃色-棕色，中密，稍濕～濕，局部含有少量鈣質(zhì)結(jié)核、局部有砂卵石透鏡體。力學(xué)性質(zhì)較好，為主要建(構(gòu))筑物地段樁基良好下臥層。

2 施工樁法選擇及設(shè)計(jì)

根據(jù)勘察報(bào)告，勘測場地內(nèi)地表普遍分布有(2)層黃土(粉土)，厚度17.5 m左右，根據(jù)本次勘測資料，該層土具濕陷性，為非自重濕陷性黃土，濕陷等級為Ⅱ級。土的含水量在4.6%～21.3%，飽和度12.3%～58%，地基土承載力特征值為140 kPa，不滿足間接機(jī)力塔天然地基持力層的要求，需進(jìn)行地基處理，灰土擠密樁法是利用成孔時(shí)的側(cè)向擠壓作用，使柱間土得以擠密，然后將樁孔用灰土分層夯填密實(shí)，對土的側(cè)向深層擠密加固，其上部荷載由樁體及樁間擠密土共同承擔(dān)，具有原位處理、深層擠密和以土治土的特點(diǎn)，用于處理厚度較大的濕陷性黃土或填土地基時(shí)，可獲得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益[2]。

3 灰土擠密樁的質(zhì)量檢測

3.1 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

載荷試驗(yàn)是一種采用接近于工程豎向抗壓實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法，采用維持荷載法。要求[3]主要是(1)6.5 m×6.6 m的試坑，并在一側(cè)挖出供試驗(yàn)人員上下的通道(可挖成臺階狀通道)，試坑深度與樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高相同；(2)檢驗(yàn)點(diǎn)的選取由監(jiān)理單位隨機(jī)抽取，成樁時(shí)間應(yīng)不少于14 d；(3)檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)的數(shù)量不小于總樁數(shù)的1%。試驗(yàn)方案主要包括(1)試驗(yàn)加載裝置由1 000 kN油壓千斤頂、高壓聯(lián)結(jié)頭、量程為100 MPa的油壓表(0.4級精密壓力表)及SYB-2型高壓手動(dòng)油泵組成，荷載由堆載裝置提供；(2)沉降觀測系統(tǒng)由基準(zhǔn)梁、磁性表座、2塊機(jī)械式精密百分表組成，百分表量程為30 mm，精度為0.01 mm?；鶞?zhǔn)梁為鋼質(zhì)，長3.0 m，基準(zhǔn)點(diǎn)距試樁1.5 m；(3)承壓板面積采用1.11 m×1.11 m的正方形承壓板，樁的中心與承壓板中心保持一致，并與荷載作用點(diǎn)相重合；(4)承壓板底面標(biāo)高與樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高相同；(5)加載等級分8級等量施加，每級加載62.5 kPa，最大加載壓力為設(shè)計(jì)承載力的2倍(500 kPa)；(6)每級加荷載前后各讀記壓板沉降量一次，以后每半個(gè)小時(shí)讀記一次。當(dāng)一小時(shí)內(nèi)沉降量小于0.1 mm時(shí)，即可加下一級荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時(shí)可終止試驗(yàn)：(1)沉降急劇增大，土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起；(2)承壓板的累計(jì)沉降量已大于其寬度或直徑的6%；(3)當(dāng)達(dá)不到極限荷載，而最大加載壓力已達(dá)到設(shè)計(jì)要求壓力值的2倍(500 kPa)；(4)卸載級數(shù)為加載級數(shù)的一半，等量進(jìn)行，每卸一級，間隔半小時(shí)，讀記回彈量。復(fù)合地基承載力特征值的確定[4]：當(dāng)壓力～沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，取比例界限；當(dāng)其值小于比例界限的2倍，取極限荷載的一半；當(dāng)壓力～沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，按相對變形值確定：取s/b(或s/d)=0.006～0.008所對應(yīng)的壓力確定，但承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半；試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量為總樁數(shù)的1%，其極差不超過平均值的30%時(shí)，取平均值為復(fù)合地基承載力特征值。

從檢測結(jié)果看，17個(gè)點(diǎn)的載荷試驗(yàn)其中有4個(gè)點(diǎn)承載力小于200 kpa，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的250 kpa，補(bǔ)強(qiáng)處理后地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求 。圖1說明檢測合格及不合格的P-S曲線。

合格的p-s曲線 不合格的p-s曲線

3.2 探井試驗(yàn)

在開挖的探井中共取樁間土樣52個(gè)，樁體土樣36個(gè)。并進(jìn)行了含水率和密度測試、壓縮實(shí)驗(yàn)、濕陷性實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)反映，樁間土的天然孔隙比降低，壓縮模量提高，說明經(jīng)處理后的樁間土得到了一定的加強(qiáng)。但是樁間土及樁體平均擠密系數(shù)偏低(見表1：樁間土平均擠密系數(shù)統(tǒng)計(jì)表)，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。但土樣中濕陷性濕陷性全部消除，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理后滿足要求。

表1 樁間土平均密系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.3 靜探試驗(yàn)

為了檢測樁間土擠密效果，同時(shí)采取靜力觸探試驗(yàn)。為了便于對打樁前后樁間土擠密效果進(jìn)行對比，在打樁之前對天然土做了3個(gè)靜力觸探，打樁之后做了15個(gè)靜力觸探。對打樁前后靜力觸探錐尖阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對比(見表2：打樁前后靜力觸探錐尖阻力數(shù)據(jù)對比表)。從打樁前和打樁后的數(shù)據(jù)對比可以看出，打樁后的靜力觸探錐尖阻力有了一定的提高，但是個(gè)別深度段內(nèi)提高幅度相對較小。

表2 打樁前后靜力觸探錐尖阻力數(shù)據(jù)對比表

4 結(jié)語

(1)利用灰土擠密法處理濕陷性黃土地基是可行的，能全部或部分消除地基土的濕陷性，降低壓縮性，提高承載力，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的結(jié)果，經(jīng)濟(jì)合理。

(2)該項(xiàng)工藝可就地取材，縮短了工期，節(jié)省了投資，由此可見，灰土擠密樁對場地有特殊要求的大面積地基的加固處理，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

(3)施工期間必須隨時(shí)進(jìn)行檢測及監(jiān)測工作，承載力不合格或者濕陷性不能消除之余應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)措施，以使地基處理滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范(GB50025-2004)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社.2004.78.

[2]工程地質(zhì)手冊(第四版)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社.2004.943-944.

[3]建筑地基處理規(guī)范(JGJ79-2002)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社.2012.57-61.

[4]電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程(DL /T50242-2005)[S]．北京：中國電力出版社.2005.57-57.

[2]建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范(JGJ106-2003)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社.2004.78.

P642.13+1

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1004-1184(2016)06-0184-02

2016-06-21

張小強(qiáng)(1979-)，男，河北石家莊人，工程師，主要從事巖土工程勘察及相關(guān)專業(yè)的研究工作。