雙樁組合法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用研究

高 哲，王盼飛，陳二松

（中冀建勘集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

1 項(xiàng)目概述

1.1 工程概況

石家莊某藥業(yè)有限公司擬建新藥研發(fā)基地項(xiàng)目包括中試車間、綜合車間、倒班樓、?；穾?、門衛(wèi)及地下污水處理等建（構(gòu)）筑物。其中擬建項(xiàng)目的綜合車間設(shè)計(jì)為地上6層，筏板基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)。

1.2 地質(zhì)概況

在項(xiàng)目實(shí)際勘察范圍內(nèi)，揭露地層組成為第四系沖洪積成的黃土狀土、粉土、粘性土及砂層。按照巖性和物理力學(xué)性質(zhì)的不同從上至下劃分為①1層素填土～①層黃土狀粉土～②層黃土狀粉土～③層黃土狀粉土～④層粉土～⑤層粉土～⑤1層細(xì)砂～⑥層粉土～⑦層細(xì)砂～⑧層粉土～⑧1層細(xì)砂～⑨層粉質(zhì)粘土～⑨1層細(xì)砂～⑩層粉質(zhì)粘土10個(gè)工程地質(zhì)單元大層。

1.2.1 地基土濕陷性情況

依據(jù)勘察報(bào)告可知，對TJ1#、TJ2#、TJ3#探井中采取的21 個(gè)土試樣進(jìn)行了浸水固結(jié)試驗(yàn)，根據(jù)濕陷性試驗(yàn)結(jié)果，有10件土樣的濕陷系數(shù)均大于0.015，位于①層、②層、③層黃土狀粉土中。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB50025-2018）有關(guān)條款，①層、②層、③層黃土狀粉土具有不均勻濕陷性，①層黃土狀粉土濕陷系數(shù)為為0.017，濕陷起始?jí)毫?73kPa，②層黃土狀粉土濕陷系數(shù)為0.028～0.032，濕陷起始?jí)毫?5～95kPa，③層黃土狀粉土濕陷系數(shù)為0.028～0.042，濕陷起始?jí)毫?32～164kPa，濕陷性土層最大厚度為7.4m。擬建綜合車間、中試車間、倒班樓，基底標(biāo)高為-2.00m，計(jì)算得到的濕陷量為133.40mm（TJ1#）、119.52mm（TJ2#）、190.80mm（TJ3#）。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場地屬非自重濕陷性場地。場地土濕陷程度為輕微—強(qiáng)烈，濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

勘察期間未發(fā)現(xiàn)地下水位，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，場地地下水埋深在40.0m以下，由于地下水埋藏較深，可不考慮地下水對地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及施工的影響。

1.2.2 天然地基承載力評(píng)價(jià)

對于擬建綜合車間、中試車間、倒班樓，基底標(biāo)高按-2.00m考慮，地基承載力修正按①層黃土狀粉土計(jì)算，按《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB50025-2018）第5.6.5條進(jìn)行修正，式中取120kPa，取0，取1.00，取18.4kN/m3，取18.0kN/m3，取1.5m，計(jì)算得120.0kPa。擬建建（構(gòu)）筑物基底壓力≈180～250kPa，修正后的天然地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。

2 濕陷性黃土地基處理設(shè)計(jì)

2.1 地基處理設(shè)計(jì)原則

建（構(gòu)）筑物的用途、平面布置形式、上部結(jié)構(gòu)類型以及安全等級(jí)是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)重要的參照標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，需根據(jù)建設(shè)單位的預(yù)算和工期來選擇性價(jià)比最高的地基處理方案。地基處理設(shè)計(jì)必須滿足以下三點(diǎn)要求：①地基如有濕陷性必須在消除濕陷性基礎(chǔ)上滿足地基承載力要求。②滿足建（構(gòu)）筑物地基變形計(jì)算要求。③滿足建（構(gòu)）筑物安全穩(wěn)定性驗(yàn)算要求。

2.2 地基處理設(shè)計(jì)思路

擬建綜合車間，基底壓力大，修正后的天然地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，且基底下土層具有濕陷性，需進(jìn)行處理。根據(jù)地區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)，采用雙樁組合處理法作為地基處理設(shè)計(jì)方案。由于①層、②層、③層黃土狀粉土具有濕陷性，先進(jìn)行素土擠密樁法以處理濕陷并初步提高地基承載力后，再采用素混凝土樁兩種方案組合使用，以再次提高承載力并控制沉降量。素混凝土樁復(fù)合地基建議以⑦層細(xì)砂作為樁端持力層，樁端進(jìn)入持力層深度應(yīng)不小于1.0 倍樁徑。按場地各層地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)《長螺旋鉆孔泵壓混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》（DB13（J）/T123-2011）確定樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk如下，見表1。

表1 素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.3 濕陷性黃土地基處理設(shè)計(jì)細(xì)則

綜合車間設(shè)計(jì)為地上8層，筏板基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)，地基加固方案采取素土擠密樁和素混凝土樁組合的方法。利用素土擠密樁來消除黃土地基的濕陷性，利用素混凝土樁來提高地基承載能力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用雙樁組合法處理后的地基承載力數(shù)值需大于250kPa，單樁承載力特征值不小于500kN。

（1）素土擠密樁設(shè)計(jì)參數(shù)。綜合車間基底相對標(biāo)高為-2.0m，施工時(shí)預(yù)留0.5m的松動(dòng)層，土方開挖至相對標(biāo)高-1.5m后開始進(jìn)行素土擠密樁施工。素土擠密樁樁徑為600mm，按照三角形布樁，樁間距為2.0m×2.0m，局部調(diào)整，設(shè)計(jì)有效樁長10m。

（2）素混凝土樁設(shè)計(jì)參數(shù)。綜合車間基底相對標(biāo)高為-2.0m，施工預(yù)留0.5m的保護(hù)樁頭，同樣在相對標(biāo)高-1.5m處進(jìn)行素混凝土樁施工。素混凝土樁樁徑設(shè)計(jì)為400mm，按照矩形布樁，樁間距為2.0m×2.0m，局部調(diào)整，設(shè)計(jì)有效樁長15m，混凝土采用C25的商品混凝土。

（3）雙樁組合法復(fù)合地基單樁承載力和復(fù)合地基承載力驗(yàn)算。單樁承載力特征值計(jì)算公式如下：

式中：qp——極限端阻力特征值，kPa；

Ap——樁截面的面積，m2；

Up——樁身的周長，m；

qsi——極限側(cè)阻力，kPa；

αp——樁端阻力發(fā)揮系數(shù)，取1.0；

Li——不同土層內(nèi)的樁長，m。

經(jīng)過計(jì)算可知，素混凝土樁單樁承載力特征值為740.55kN，設(shè)計(jì)取值500kN。當(dāng)商品混凝土為C25 時(shí)，其fcu值為25MPa，根據(jù)樁體強(qiáng)度確定單樁承載力特征值公式：fcu≥4λRa/Ap（λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.9），將相關(guān)數(shù)值代入上述不等式，結(jié)果不等式成立，說明單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算公式如下：

式中：λ、Ap、Ra——與公式（1）相同；

β——樁間土發(fā)揮系數(shù)；

fak——樁間土天然承載力特征值。

代入相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后可知復(fù)合地基承載力特征值為346kPa，大于復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值250kPa，符合設(shè)計(jì)要求。

3 濕陷性黃土地基處理質(zhì)量控制要求

素土擠密樁質(zhì)量控制：擠密樁成孔到設(shè)計(jì)深度后，需采用重錘夯實(shí)孔底后再進(jìn)行填料。成孔過程嚴(yán)格執(zhí)行跳打制度，成孔后第一時(shí)間進(jìn)行回填夯實(shí)。素土擠密樁施工完畢后再進(jìn)行素混凝土樁施工。

素混凝土樁質(zhì)量控制：素混凝土樁成孔采用長螺旋鉆機(jī)，地泵泵壓時(shí)控制混凝土坍落度在180～220mm之間；長螺旋鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)孔深后不要立即提鉆，要設(shè)定鉆桿入土深度不變繼續(xù)空轉(zhuǎn)5s 左右，目的是清理孔底沉渣，之后緩慢提鉆并泵送混凝土，要掌握好提鉆和混凝土泵送的節(jié)奏。當(dāng)提鉆過程遇到飽和粉土層或者是飽和砂層時(shí)，要放慢提鉆速度。施工過程如遇到樁間距局部調(diào)整的樁位，可以采取跳打原則進(jìn)行處理。素混凝土樁時(shí)候完畢后，樁身養(yǎng)護(hù)完畢后開始進(jìn)行樁頭清理工作，復(fù)合地基承載力檢測合格后在有效樁頂位置虛鋪30cm 褥墊層，褥墊層采用5～15mm 級(jí)配碎石，鋪設(shè)過程必須配合平板振動(dòng)器的振搗，確保夯填度小于0.9，夯實(shí)后的褥墊層厚度小于20cm。

4 濕陷性黃土地基處理質(zhì)量檢測

4.1 黃土地基濕陷性土工試驗(yàn)結(jié)果分析

素土擠密樁施工結(jié)束后在場地內(nèi)隨機(jī)選取15個(gè)擠密樁樁間土取土點(diǎn)，利用勘探鉆機(jī)在擠密樁處理影響范圍內(nèi)從上至下每隔1.0m 取原狀土樣進(jìn)行濕陷性土工試驗(yàn)。依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB50025-2018）有關(guān)條款，并參考河北省《濕陷性黃土地區(qū)夯擴(kuò)擠密樁技術(shù)規(guī)程》（DB 13(J)/T138-2012）中對擠密樁樁間土的檢測要求，綜合得出15個(gè)擠密樁樁間土取土點(diǎn)土樣的濕陷性系數(shù)均小于0.015，按照相關(guān)規(guī)范要求，該項(xiàng)目的濕陷性全部消除。說明本項(xiàng)目采用素土擠密樁可以很好地消除黃土地基的濕陷性，滿足了設(shè)計(jì)要求。

4.2 單樁豎向承載力和復(fù)合地基承載力檢測結(jié)果

單樁豎向承載力和復(fù)合地基承載力檢測均采用慢速維持荷載法。單樁豎向承載力檢測時(shí)的荷載，除了第一級(jí)荷載為后續(xù)每一級(jí)荷載的二倍以外，其余每一級(jí)加壓荷載為試驗(yàn)最大荷載的1/10，連續(xù)出現(xiàn)兩次加壓1h 沉降量不超過0.lmm，即可進(jìn)行下一級(jí)加壓試驗(yàn)。復(fù)合地基承載力檢測時(shí)，每一級(jí)加壓荷載均為最大試驗(yàn)荷載的1/8～1/12,連續(xù)出現(xiàn)兩次加壓1h沉降量不超過0.1mm，即可進(jìn)行下一級(jí)加壓試驗(yàn)。檢測結(jié)果如表2所示。

依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)第C.0.10 的有關(guān)規(guī)定，從表2 中可知，試驗(yàn)樁的單樁豎向承載力均大于1000kN，依據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)第C.0.11，可知單樁承載力特征值大于500kN，符合設(shè)計(jì)要求。復(fù)合地基承載力實(shí)驗(yàn)中的最大荷載是設(shè)計(jì)荷載的2倍且誤差不超過2%，根據(jù)根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)可知，該項(xiàng)目復(fù)合地基豎向抗壓承載力符合設(shè)計(jì)要求。

表2 單樁及復(fù)合靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果匯總

5 結(jié)語

素土擠密樁可以很好地消除黃土地基濕陷性，但是其承載能力有效，再配合素混凝土樁進(jìn)行地基處理，形成的復(fù)合地基可以較大程度地提高地基承載能力。可見，雙樁組合法是處理濕陷性黃土地基的優(yōu)選方案。但不同的項(xiàng)目地層情況存在一定的差異，需根據(jù)不同項(xiàng)目地層情況和施工經(jīng)驗(yàn)來準(zhǔn)確確定符合項(xiàng)目本身要求的設(shè)計(jì)參數(shù)，才能確保處理后的地基承載力符合要求。