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      大厚度濕陷性黃土地基樁基方案及基樁檢測(cè)探討

      2021-10-25 04:16:52門(mén)青波拓佳勝鄧軍濤
      工程技術(shù)研究 2021年17期
      關(guān)鍵詞:構(gòu)筑物陷性單樁

      劉 金,門(mén)青波,拓佳勝,鄧軍濤

      1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710043

      2.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院,陜西 西安 710054

      關(guān)中渭北地區(qū)處于黃土高原與渭河盆地的接觸地帶,地貌單元由北向南依次為山地、山前洪積扇(群)、黃土臺(tái)塬和渭河階地,其中黃土臺(tái)塬區(qū)分布面積廣闊,上覆厚度數(shù)十米至百余米的第四系中~上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土,上部黃土具有濕陷性,厚度大于20m,為大厚度濕陷性黃土。建造在大厚度濕陷性黃土區(qū)的構(gòu)筑物必須選用合適的地基處理方案,全部或者部分消除黃土的濕陷性,當(dāng)采用樁基礎(chǔ)時(shí),樁的設(shè)計(jì)參數(shù)取值和基樁豎向承載力檢測(cè)對(duì)工程質(zhì)量和安全至關(guān)重要,需要在實(shí)踐中探討總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)。

      1 工程概況

      某工程場(chǎng)地位于西安市北部某區(qū)的一黃土臺(tái)塬上,建設(shè)工程為2座高聳構(gòu)筑物,高度為30~40m,建筑類別為乙類,工程重要性等級(jí)為一般[1]。

      2 場(chǎng)地地形與地層情況

      場(chǎng)地地勢(shì)由北向南微傾,地形開(kāi)闊平坦,地面高程在470m左右。場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)(50m)的地層為第四系中~上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土和古土壤層,從上往下共分為11層,黃土層層號(hào)為①、③、⑤、⑦、⑨和,古土壤層層號(hào)為②、④、⑥、⑧和⑩。黃土呈黃褐色,針狀孔隙發(fā)育,含白色鈣質(zhì)條紋或鈣質(zhì)結(jié)核,偶見(jiàn)蝸牛殼;古土壤呈棕褐色、褐紅色或淺棕紅色,局部鈣質(zhì)結(jié)核富集,其中第④和⑩層的俗稱分別為“紅二條”和“紅三條”。各層分布連續(xù),層位穩(wěn)定,其層底深度和厚度如表1所示。

      表1 各層土層底深度和厚度統(tǒng)計(jì)表 單位:m

      3 黃土的物理力學(xué)性質(zhì)

      3.1 黃土的物理性質(zhì)

      (1)含水率、重度和飽和度:第①層黃土的指標(biāo)最小,黃土和古土壤層的指標(biāo)分別自上而下逐漸增大,古土壤層的指標(biāo)大于上部相鄰黃土層的指標(biāo)。第④層及以上各層的指標(biāo)較小但變化率大,第④層以下各層的指標(biāo)較大但變化率小。

      (2)孔隙比:黃土和古土壤層的指標(biāo)分別自上而下逐漸減小,黃土層的指標(biāo)大于下部相鄰古土壤層的指標(biāo)。第④層古土壤(紅二條)層頂往下孔隙比降至1.0以下,第⑦層黃土層底往下孔隙比降至0.8以下,第⑩層古土壤(紅三條)層頂往下孔隙比降至0.75以下。

      (3)液限、塑限和液性指數(shù):整個(gè)場(chǎng)地各層土指標(biāo)變化不大,土的狀態(tài)為堅(jiān)硬~硬塑。各層土物理性質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

      表2 黃土物理性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

      3.2 黃土的力學(xué)性質(zhì)

      主要探討各層土的壓縮性,其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

      表3 黃土壓縮性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

      除第①層黃土外,其余各層的指標(biāo)變化不大,各層土均為中壓縮性。

      4 黃土的濕陷性及單樁承載力

      4.1 濕陷程度

      (1)該場(chǎng)地第⑦層黃土及以上各層的濕陷系數(shù)和自重濕陷系數(shù)均大于0.015,為濕陷性黃土,第⑦層以下各層為非濕陷性黃土。

      (2)第①層黃土濕陷系數(shù)介于0.035~0.148,平均值為0.093,濕陷性強(qiáng)烈;第③層黃土濕陷系數(shù)介于0.017~0.077,平均值為0.046,濕陷性中等;第④層至第⑦層濕陷系數(shù)介于0.016~0.028,濕陷性輕微。

      4.2 濕陷性黃土厚度

      濕陷性黃土總厚度最大為34.7m,其中濕陷性強(qiáng)烈的土層層底深度為8.80~10.10m,平均厚度約10m,濕陷性中等的土層層底深度為19.40~20.90m,平均厚度約10m,濕陷性輕微的土層層底深度為32.80~34.70m,平均厚度約13m。

      4.3 濕陷類型及等級(jí)

      該場(chǎng)地自重濕陷量的計(jì)算值介于423~987mm,大于350mm,為自重濕陷性黃土場(chǎng)地;總濕陷量的計(jì)算值介于1145~1742mm,遠(yuǎn)大于700mm,濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)。

      4.4 單樁承載力

      由于第①~⑦層具有濕陷性,不能作為樁端持力層,另外,在消除濕陷性時(shí)樁周土對(duì)樁身存在負(fù)摩阻力,結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際,對(duì)各土層提出了單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值。該場(chǎng)地黃土濕陷性和單樁承載力指標(biāo)結(jié)果如表4所示。

      表4 黃土濕陷性和單樁承載力指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

      5 樁基方案論證

      該場(chǎng)地為大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地,建筑類別為乙類,采用消除地基部分濕陷量的措施時(shí),基礎(chǔ)底面下具有自重濕陷性的黃土層應(yīng)全部處理[2],該項(xiàng)目采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層,即樁端持力層選擇第⑦層黃土層以下地層。

      該項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁,樁徑800mm,樁長(zhǎng)37m,設(shè)計(jì)單樁豎向極限承載力為2600N。在進(jìn)行單樁豎向承載力驗(yàn)算時(shí),結(jié)合該場(chǎng)地實(shí)際情況,對(duì)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力取值進(jìn)行了探討。一方面,場(chǎng)地地下水位埋深大(大于50m),所在黃土臺(tái)塬為旱塬,地表水入滲深度有限,同時(shí)擬建構(gòu)筑物為無(wú)水構(gòu)筑物,場(chǎng)地內(nèi)的濕陷性黃土尤其是深部的濕陷性黃土不具備濕陷條件;另一方面,濕陷性土層最大下限深度為34.7m,樁身穿越自重濕陷性黃土層,中性點(diǎn)深度比按0.6考慮且在此基礎(chǔ)上中性點(diǎn)深度增大10%[3],中性點(diǎn)深度為22.8m。基于這兩方面的考慮,經(jīng)過(guò)反復(fù)論證,形成如下意見(jiàn):

      (1)對(duì)濕陷性中等~強(qiáng)烈的區(qū)段(0~20m),樁側(cè)極限摩阻力取負(fù)值(可取-30kPa);對(duì)濕陷性輕微的區(qū)段(20~33m),樁側(cè)極限摩阻力取正值(可取50kPa);對(duì)非濕陷性樁側(cè)極限摩阻力可按90kPa取值,樁端極限端阻力可按3000kPa取值。

      (2)單樁承載力值以試樁的載荷試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),必要時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。

      6 基樁檢測(cè)

      6.1 檢測(cè)方案選擇

      一般而言,在濕陷性黃土場(chǎng)地測(cè)試單樁豎向承載力采用單樁豎向靜載荷浸水試驗(yàn),但對(duì)于該場(chǎng)地的構(gòu)筑物,采用天然狀態(tài)下單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。這主要基于以下方面進(jìn)行考慮:

      (1)場(chǎng)地內(nèi)古墓葬分布密集,需確保文物安全,不適宜做試坑浸水試驗(yàn)。

      (2)場(chǎng)地處于旱塬上,年降水量較小,即使在暴雨或連陰雨下,入滲深度也很有限,另外該構(gòu)筑物屬無(wú)水構(gòu)筑物,建成后地基浸水可能性小。

      (3)建筑規(guī)模較小,總樁數(shù)不足100根,但試坑浸水試驗(yàn)用水量大,場(chǎng)地位于塬上,缺乏水源,供水代價(jià)大,耗費(fèi)財(cái)力和時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)不夠經(jīng)濟(jì)。

      (4)試坑浸水試驗(yàn)周期長(zhǎng),要使超過(guò)30m厚的濕陷性黃土浸水達(dá)到飽和狀態(tài)且保證樁頂沉降達(dá)到穩(wěn)定,在實(shí)踐中很難做到,成功率低,達(dá)不到試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

      (5)場(chǎng)地為天然場(chǎng)地,試坑浸水試驗(yàn)后變?yōu)轱柡蛨?chǎng)地,導(dǎo)致場(chǎng)地的原始設(shè)計(jì)條件發(fā)生變化。

      (6)天然狀態(tài)下單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn),方法簡(jiǎn)單、可行且符合實(shí)際條件,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行折減亦可達(dá)到確定單樁承載力的目的。

      6.2 單樁豎向承載力確定

      采用天然狀態(tài)下單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果扣除濕陷土層的側(cè)摩阻力和負(fù)摩阻力,確定單樁豎向承載力。單樁靜載試驗(yàn)應(yīng)加至極限或接近極限荷載,試驗(yàn)結(jié)果中濕陷性中等~強(qiáng)烈的區(qū)段(0~20m)扣除負(fù)摩阻力和正側(cè)阻力,其下濕陷性土層扣除正側(cè)阻力,其側(cè)阻力可參考單樁承載力指標(biāo)的建議值。

      7 結(jié)論

      (1)該場(chǎng)地地基土為黃土和古土壤,其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)以標(biāo)志層(第①層黃土和第④層古土壤)為分界,存在很強(qiáng)的規(guī)律性。

      (2)該場(chǎng)地為大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地,濕陷性黃土最大厚度為34.7m,濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)。

      (3)濕陷性黃土的濕陷程度,第①~③層為中等~強(qiáng)烈,厚度約20m,第④~⑦層為輕微,厚度約13m?;诖?,根據(jù)場(chǎng)地涉水條件,經(jīng)論證,對(duì)濕陷性中等~強(qiáng)烈的區(qū)段,樁側(cè)極限摩阻力取負(fù)值(可取-30kPa),對(duì)濕陷性輕微的區(qū)段,樁側(cè)極限摩阻力取正值(可取50kPa),解決了單樁豎向承載力驗(yàn)算時(shí)樁側(cè)摩阻力的取值問(wèn)題。

      (4)基樁檢測(cè)時(shí),考慮到在該場(chǎng)地進(jìn)行試坑浸水試驗(yàn)的必要性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)施難度,用天然狀態(tài)下單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)折減的方案代替單樁豎向靜載荷浸水試驗(yàn)確定單樁豎向承載力。

      (5)基樁的端阻力具有很重要的作用,施工時(shí)應(yīng)對(duì)沉渣厚度進(jìn)行重點(diǎn)控制。場(chǎng)地應(yīng)采取嚴(yán)格防水措施,做到雨水的有序排放,應(yīng)適當(dāng)加寬構(gòu)筑物周邊硬化地面。

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