淺談柱錘沖擴(kuò)夯實(shí)水泥土樁法的應(yīng)用

呂 洋

（陽泉新宇巖土工程有限責(zé)任公司， 山西 陽泉 045000）

1 簡介

隨著煤礦企業(yè)兼并重組的項(xiàng)目的增多，大量的建設(shè)用地存在深厚不等的素填土或雜填土等軟弱地基，這類土除了具有明顯的浸水濕險(xiǎn)性外，其承載力較低，自重壓密性及強(qiáng)度低、高壓縮性，土的性狀也十分復(fù)雜。以往對(duì)于類似這樣的場(chǎng)地，一般采用換填法或灌注樁基礎(chǔ)來進(jìn)行處理，工期長、成本大，且存在安全隱患。針對(duì)這樣的情況，采用柱錘沖擴(kuò)夯實(shí)水泥土樁法可以較好的處理這樣的問題，該工法施工簡便靈活、速度快、造價(jià)低、質(zhì)量容易控制，處理后復(fù)合地基均勻性好、地基強(qiáng)度較高，被廣大設(shè)計(jì)人員和建設(shè)單位所接收，取得良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

2 作用機(jī)理

柱錘沖擴(kuò)夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基由夯實(shí)水泥土樁、樁間地基土及柔性褥墊層三部分組成，共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。

（1）水泥與土攪拌，水泥顆粒與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化鐵等多種水化物，有的水化物自身繼續(xù)硬化形成水泥石骨架，有的與有一定活性的黏土顆粒形成較大的團(tuán)粒，使得水泥土的強(qiáng)度提高；水泥和土體在柱錘連續(xù)夯實(shí)做一些重新排列，體積壓縮，密度增大，提高水泥土的密實(shí)強(qiáng)度。

（2）在夯實(shí)過程中，回填水泥土拌和料被夯擊密實(shí)，同時(shí)對(duì)樁間土有側(cè)向深層擠密作用，承載力得到提高，充分發(fā)揮了樁間土的承載作用。

（3）在建筑物基礎(chǔ)和復(fù)合地基加固區(qū)之間設(shè)置柔性褥墊層。不僅可以保證各類樁體與地基土形成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部荷載，而且可以有效改善復(fù)合地基淺層的受力狀態(tài)，可以減小樁土荷載分擔(dān)比、提高樁間土的抗剪強(qiáng)度、提高樁體承受豎向荷載的能力等。

3 成樁工藝

采用直徑300～500mm、長度2～6m、質(zhì)量1～8t 的柱錘，通過起重機(jī)、步履式夯擴(kuò)樁機(jī)將柱錘升至一定高度后自動(dòng)脫鉤下落沖擊土層，在孔內(nèi)分層填入水泥土拌和料，而后繼續(xù)沖擊，形成復(fù)合地基。每個(gè)樁孔應(yīng)夯實(shí)至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上至少0.5m，上部樁孔用原基槽土進(jìn)行封夯。施工順序采用間隔進(jìn)行。

4 設(shè)計(jì)

柱錘沖擴(kuò)夯實(shí)水泥土樁設(shè)計(jì)參數(shù)包括：樁位布置、樁徑、樁間距、樁長、材料、單樁豎向承載力特征值及復(fù)合地基承載力特征值。

（1）樁位布置：處理范圍應(yīng)大于基底面積，也可只在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1～2 排樁。樁位布置采用正方形、矩形、三角形或梅花形。

（2）樁徑與樁間距：樁徑可選擇300～600mm，樁間距宜為2～4 倍樁徑。

（3）樁長：當(dāng)相對(duì)硬層的埋深不大時(shí)，可按相對(duì)硬層埋深確定；當(dāng)相對(duì)硬層埋深較大時(shí)，應(yīng)按建筑物地基的變形允許值確定。

（1）材料：土料中有機(jī)含量不得超過5%，不得含有凍土或膨脹土，使用時(shí)應(yīng)過10～20mm 篩，混合料含水量應(yīng)滿足土料的最優(yōu)含水量ωop，其允許偏差不得大于±2%，土料與水泥應(yīng)拌和均勻?，F(xiàn)場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)為“手握成團(tuán)、落地開花”。

（5）單樁豎向承載力特征值Ra 的取值應(yīng)復(fù)合下列規(guī)定：

（a）當(dāng)采用單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2；

（b）當(dāng)無單樁載荷試驗(yàn)資料時(shí)，可按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）計(jì)算。

(6)復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)可依據(jù)地基物理力學(xué)指標(biāo)及4.5 條中單樁豎向承載力特征值進(jìn)行計(jì)算。

5 工程實(shí)例

陽煤集團(tuán)某煤礦任務(wù)樓位于山西省平定縣張莊鎮(zhèn)南后峪村以東，擬建場(chǎng)地屬侵蝕性黃土丘陵地貌單元，地形起伏較大?；A(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深4.1m，要求地基承載力不低于200 kPa。

地層情況為：第①層 素填土：黃褐色或雜色，松散，干～稍濕，成份以回填的粉土、砂土和粉質(zhì)粘土為主，局部為耕土，含煤屑、碎石、礫石、磚塊、建筑垃圾等雜質(zhì)，回填時(shí)間近30 年，該層厚度8.50～8.80m。第②層 碎石：灰褐色、淺黃色或雜色，稍密～中密，次棱角～次圓狀，母巖成分以砂巖為主，大小混雜，粒徑一般2～15cm 之間，碎石含量約50～75%之間，局部見大塊漂石，以中粗砂及細(xì)礫等充填，平均層厚1.30m。地基承載力特征值240 kPa。第③層 粉質(zhì)粘土：灰褐色，稍濕，可塑，干強(qiáng)度高，韌性高，稍有光澤反應(yīng)，局部夾含薄層中砂，偶夾塊石。平均層厚5.5m。地基承載力特征值200 kPa。

設(shè)計(jì)方案：根據(jù)擬建場(chǎng)地現(xiàn)狀、基礎(chǔ)形式，結(jié)合處理范圍內(nèi)的工程地質(zhì)條件，決定采用柱錘沖擴(kuò)夯實(shí)水泥土樁進(jìn)行處理。以建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)外邊線外擴(kuò)一排所圈定的范圍為設(shè)計(jì)處理范圍。采用正方形布樁，樁徑400mm，樁間距1.2m×1.2m，樁體強(qiáng)度4.0Mpa，基槽開挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高后，以柱錘沖擴(kuò)擠密成樁。選擇下部第②層碎石層作為樁端持力層，施工時(shí)根據(jù)柱錘沖擴(kuò)速度判定是否至第②層碎石，樁端持力層要求入②層碎石層0.5m。樁孔填料采用3：7（體積配合比水泥3：土7）水泥和土進(jìn)行配合。填料時(shí)用分段夯填，混合料的壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。成樁后，先從樁頂標(biāo)高開始向下鑿除0.3m，鋪設(shè)0.3m 厚的褥墊層，墊層材料選用級(jí)配良好的碎石、粗砂或中砂，最大粒徑不宜大于20mm。墊層鋪設(shè)時(shí)應(yīng)壓（夯）密實(shí)，夯填度（褥墊夯實(shí)后的厚度與虛鋪厚度的比值）不得大于0.9。

治理檢測(cè)：在施工完成后，通過載荷試驗(yàn)對(duì)復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果得出復(fù)合地基承載力基本值為220 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)在后期對(duì)任務(wù)樓進(jìn)行了沉降觀測(cè)，變形滿足要求。

6 總結(jié)

煤礦企業(yè)正處于一個(gè)兼并重組和股份制改革、煤炭資源整合的時(shí)期，中小煤礦被收購，各地的煤炭資源得到優(yōu)化整合。由于山西的地理環(huán)境特殊，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，大部分黃土具有濕險(xiǎn)性，同時(shí)對(duì)原始溝壑地段進(jìn)行了人工回填，對(duì)新建建筑物地基產(chǎn)生影響。如何最大限度的節(jié)約對(duì)煤礦工業(yè)建筑的建設(shè)投資，是擺在企業(yè)面前的首要任務(wù)。經(jīng)過大量的工程實(shí)踐，采用柱錘沖擴(kuò)夯實(shí)水泥土樁進(jìn)行地基處理可有效的解決濕險(xiǎn)性黃土及回填土帶來的工程地基隱患問題，是一種投資少、施工速度快，效果好的方法，具有很好的推廣價(jià)值。