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【摘 要】某小区拟建四栋七层住宅楼,基础以下有层厚4.0～5.0m松散粉土层,场地属中等液化,设计采用粉喷桩处理,加固后不但提高了承载力,桩间土抗液化条件也有所改善。本文通过该工程检测资料的介绍、分析,总结了施工、设计及检测方面的经验及教训,以供大家借鉴。
【关键词】 粉土地基;粉喷桩加固;杂填土;粉质粘土;地震烈度;中等液化
The synopsis analysis powder spray a stake in the powder soil the foundation reinforce of application
Yao Peng
(Hunan province national territory resources programming hospital Changsha Hunan 410007)
【Abstract】The some small area draw up to set up four Dong 7 F residence buildings, foundation the following have thick 1 F a 4.0~5.0 m lax powder soil a layer, the place belong to medium etc. liquefaction, design adoption the powder spray a stake processing, after reinforce not only exaltation loading dint, stake soil anti- liquefaction the condition also have improvement.This text pass the introduction of that engineering examination data, analysis, summary construction, design and examination of experience and teach with be provided for everyone to draw lessons from.
【Key words】Powder soil foundation;The powder spray a stake to reinforce;Miscellaneous fill soil;The powder quality glue soil;Earthquake intensity;Medium etc. liquefaction
某小区拟建四栋七层宿舍楼,因地基分布有层厚4.0～5.0m较松散的粉土层,场地在七度地震作用下为中等液化,承载力在100KPa左右,不能满足设计要求。设计采用粉喷桩加固处理,经测试工程各项指标均满足设计要求。本文对粉喷桩在该小区粉土地基中的加固效果作如下分析介绍,以供大家借鉴。
1. 地质条件
小区地处洞庭湖北岸,为高漫滩地貌,地表为杂填土,其下为第四纪全新世冲积、洪积相粉质粘土和粉土,底部为晚更新世粘土。场地形较平坦,地面标高为16.0～16.5m,地层自上而下划分为四层,现分述如下:
①层杂填土:结构松散,厚约0.6～1.4m,在东部分布有南北向排水沟,沟底为腐植土,厚约0.7～1.0m。
②层粉质粘土:黄棕色,软塑-可塑,厚约1.5m左右,层底高程15.8～16.3m,孔隙比0.89,标贯击数为4.3击,承载力为110KPa。
③层粉土夹粉质粘土:灰黄色,很松散,饱和,为中等压缩性,孔隙比0.84,标贯击数为4.4击,层厚约1.9～3.0m,承载力90～100KPa。
④层粘土层:黄棕色,呈硬塑状,厚6.0m,属低压缩性,标贯击数为10～12击,承载力280KPa。该层顶部有厚约0.6～1.1m的灰色粉质粘土夹层,呈可塑状,承载力160KPa。
该场地地下水位为17.0～17.1m,主要含水层为粉土层,属孔隙潜水,对砼无侵蚀性。场区地震烈度为Ⅶ度,根据现场标贯测试资料,按远震考虑液化指数为6.2～12.6,属中等液化,粉土由北向南渐薄,液化程度渐低,其中北侧4#楼液化程度最严重。
2. 地基加固处理
地基加固处理设计采用粉喷桩,加固剂为425#普通硅酸盐水泥,水泥掺入比aw=14%,根据现场取样试验,水泥土强度fcu,k=1.5MPa,各栋楼有关设计参数见表1。
根据粉土层的液化范围、液化程度,桩体的侧摩阻力按2/3计算;复搅范围为粉土层,一般按停灰面以下5.0m计,保证桩体在粉土层搅拌均匀,提高抗液化能力;喷粉量按50Kg/m。
本工程共完成粉喷桩2775根,总进尺码20031.7延米,平均喷入水泥53.33Kg/m。
3. 加固效果检测
本工程共采用三种检测方法,即(1)轻便触探检测粉喷桩56根(按设计总桩数2775的2%抽测),天然土地基13处;(2)静载荷试验17组;(3)水泥土试验8组。
3.1 轻便触探检测。
轻便检测采用N10(每贯入30cm的锤击数)作为测试桩体不同深度的强度指标,每贯入50cm试验一次;锤击30cm后,用直径51螺纹钻钻取桩体水泥土20cm,观察桩体搅拌均匀性。桩体检测深度为停灰面以4.0m,龄期一般为一天(24～28小时),少数为三天或七天龄期。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)1天龄期N10击数应大于15击,7天龄期击数应大于天然地基击数2倍(3～7天按7天考虑)。根据测试结果,39根一天龄期击数均超过15击,最大击数128击,满足设计要求;17根在停灰面以下0.5～1.5m范围(高程17.0～16.0m)击数偏低,最低仅6击,低于天然土的击数,但在3～7天龄期击数可提高到天然击数的2倍,满足设计要求。不同龄期测试资料表明,随龄期增加,如691#桩,一天龄期N10击数为11击(停灰面以下0.5～1.0m),三天龄期为29击,七天龄期为75击。但仍有6根在高程17.0～16.0m,7天龄期击数在24～33击,达不到天然击数的2倍(天然击数为15～18击),但该类桩(其中四根)经静载试验检测达到设计要求,与其它桩无差异。
3.2 静载试验。
静载试验共做17组,1、2#楼原排水沟各2组,轻便触探数据和外表疑问的选7组(含一组单桩静载试验),随机选取4组,轻便触探合格的选取2组。试验桩施工参数及试验情况见表2,载荷板尺寸按置换率确定,最终荷载按设计荷载的2倍确定,允许沉降确定为6.0mm。
由于试验结果可见,各楼复合地基承载力均达到设计要求,二倍设计荷载对应的最大沉降为18.37mm,弹性恢复值为6.0mm以上,二倍荷载时未达到极限状态,平均允许荷载大于天然状态复合地基设计值,即液化层侧摩阻力按1/3折减,复合地基承载力也能满足上部要求。
3.3 水泥土强度。
施工前后在桩体上部取样8组,试验结果见表3。由表可见水泥土强度均达到设计标准,不复搅的强度相当于同龄期复搅的50～60%;随龄期增长强度明显,28天龄期强度相当于90天龄期的54～67%。
4. 问题分析
4.1 轻便触探一天龄期击数离散性大,局部击数偏低,一种原因可能是测试时打偏:测试探头为锥形体,易向软处滑动,而桩由外向里固结,所以外侧硬,中心软。虽然在地面对准桩体的1/4直径,但在桩顶下30～80cm滑向中心,而桩中心有一直径4～8cm空心,因探头斜穿桩心,到桩的另一侧,造成击数两边高中间低,如4#楼的557#桩,一天击数上部37击,中间桩顶以下50 ～100cm为8击,下部为27 ～113击,但经静载试验测试,复合地基承载力达180KPa。部分桩七天击数局部不满足天然地基土击数的二倍,这不但与天然地基土击数偏高有关,也可能与倾斜有关,从该类6根中抽取4根(40#、344#、517#、534#)做三组复合地基及一组单桩静载试验,均超过设计要求。静载试验证明,该类桩体强度也满足设计要求。所以规范中用二倍天然地基土击数作为判别桩体强度的标准,有一定的局限性。
4.2 回填土碾压后复合地基承载力可以达到设计要求,但不能含有机质。如2#楼排水沟,两组回填土处的试验(12#、16# 桩)与其他天然土地基静载效果无差异,均在某些方面210KPa以上。而1#楼2#、14#桩静载试验结果偏低,原因回填土中含有腐植土,影响桩体强度。14#桩第一级荷载沉降3.5mm,反映出桩体浅层破坏的特点,开挖后可见桩顶以下0.3～0.8m部分已经粉碎,桩周分布较多的腐植土,加之回填土极松散,试验时主要由桩体承重,承载力仅达110KPa。
4.3 不同土质水泥土强度明显差别。通过基坑开挖后可见,4#楼粉喷桩顶位于3层粉土中,在地下水位以下,桩体质量略差,部分桩顶外侧有成环现象、中心松散,少数桩中心直径15～22cm部分强度低,该现象虽然造成桩体强度的不均匀,但对承载力无影响。如静载测试桩中有三组有该种现象,单桩及复合地基承载力的均超过设计标准,原因是桩体强度按水泥土强度的0.3～0.4倍设计,有很大的安全储备;桩体外侧与桩间土之间的摩阻力并未降低,所以不会影响复合地基强度。成环现象多分布在近地表部份,造成原因可能是转速高、供灰压力大,水泥喷在桩的边缘,富集在桩边形成环,而该部份强度远超过设计强度。从水泥土强度试验中也可看到桩体横截面不同部位强度差异很大,同组不同试块最大相差接近 40%,但28玉石龄期最小强度也可达1.0MPa。此外,中心强度低与表层含水量有关。
5. 结论
5.1 该小区地基饱和粉土经粉喷桩加固,桩间饱和粉土标贯击数比天然粉土提高聚物1～3击,液化指数已由12.8降至3.14～3.57,而复合地基的液化指数更低,属轻微液化,粉喷桩加固后使饱和粉土的抗液化条件有很大改善。经轻便触探及静载试验检测,复合地基各项指标均达到设计要求。
5.2 粉喷桩不复搅强度一般相当于复搅的确良50～60%,根据摩擦桩受力特点,下部不复搅强度亦满足设计要求。对地下水位以上的桩体应浇水养护,以提高桩体的早期强度。
5.3 轻便触探作为桩体强度测试方法,操作时应注意触探与螺旋钻相结合,尽量消除倾斜误差;规范中规定的“七天桩体强度应达到天然地基土击数的二倍”有一定的局限性。
5.4 粉喷桩复合地基,置换率若大于20%,从群桩效应方面考虑,在抗震液经验算时侧摩阻力折减系数可取2/3。
参考文献
[1] 《专门工程地质学》1986年7月 中国地质大学出版社,主篇:张咸恭、李智毅、郑达辉等;
[2] 《土力学》 1992年12月清华大学出版社,主编:陈仲颐、周景星等;
[3] 《基础工程学论》 1996年10月 中国地质大学出版社,主篇:刘星辉等;
[4] 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008);
[5] 《 建筑地基础设计规范》(GB50007-2002)。
[文章编号]1619-2737(2010)05-11-098
[作者简介]姚鹏(1974.10-),男,水工环高级工程师,籍贯湖南南县;工作单位:湖南省国土资源规划院;研究方向:地质灾害勘察、设计与监理,以及矿山地质环境影响评估及建设用地地质灾害危险性评估等工作。
【关键词】 粉土地基;粉喷桩加固;杂填土;粉质粘土;地震烈度;中等液化
The synopsis analysis powder spray a stake in the powder soil the foundation reinforce of application
Yao Peng
(Hunan province national territory resources programming hospital Changsha Hunan 410007)
【Abstract】The some small area draw up to set up four Dong 7 F residence buildings, foundation the following have thick 1 F a 4.0~5.0 m lax powder soil a layer, the place belong to medium etc. liquefaction, design adoption the powder spray a stake processing, after reinforce not only exaltation loading dint, stake soil anti- liquefaction the condition also have improvement.This text pass the introduction of that engineering examination data, analysis, summary construction, design and examination of experience and teach with be provided for everyone to draw lessons from.
【Key words】Powder soil foundation;The powder spray a stake to reinforce;Miscellaneous fill soil;The powder quality glue soil;Earthquake intensity;Medium etc. liquefaction
某小区拟建四栋七层宿舍楼,因地基分布有层厚4.0～5.0m较松散的粉土层,场地在七度地震作用下为中等液化,承载力在100KPa左右,不能满足设计要求。设计采用粉喷桩加固处理,经测试工程各项指标均满足设计要求。本文对粉喷桩在该小区粉土地基中的加固效果作如下分析介绍,以供大家借鉴。
1. 地质条件
小区地处洞庭湖北岸,为高漫滩地貌,地表为杂填土,其下为第四纪全新世冲积、洪积相粉质粘土和粉土,底部为晚更新世粘土。场地形较平坦,地面标高为16.0～16.5m,地层自上而下划分为四层,现分述如下:
①层杂填土:结构松散,厚约0.6～1.4m,在东部分布有南北向排水沟,沟底为腐植土,厚约0.7～1.0m。
②层粉质粘土:黄棕色,软塑-可塑,厚约1.5m左右,层底高程15.8～16.3m,孔隙比0.89,标贯击数为4.3击,承载力为110KPa。
③层粉土夹粉质粘土:灰黄色,很松散,饱和,为中等压缩性,孔隙比0.84,标贯击数为4.4击,层厚约1.9～3.0m,承载力90～100KPa。
④层粘土层:黄棕色,呈硬塑状,厚6.0m,属低压缩性,标贯击数为10～12击,承载力280KPa。该层顶部有厚约0.6～1.1m的灰色粉质粘土夹层,呈可塑状,承载力160KPa。
该场地地下水位为17.0～17.1m,主要含水层为粉土层,属孔隙潜水,对砼无侵蚀性。场区地震烈度为Ⅶ度,根据现场标贯测试资料,按远震考虑液化指数为6.2～12.6,属中等液化,粉土由北向南渐薄,液化程度渐低,其中北侧4#楼液化程度最严重。
2. 地基加固处理
地基加固处理设计采用粉喷桩,加固剂为425#普通硅酸盐水泥,水泥掺入比aw=14%,根据现场取样试验,水泥土强度fcu,k=1.5MPa,各栋楼有关设计参数见表1。
根据粉土层的液化范围、液化程度,桩体的侧摩阻力按2/3计算;复搅范围为粉土层,一般按停灰面以下5.0m计,保证桩体在粉土层搅拌均匀,提高抗液化能力;喷粉量按50Kg/m。
本工程共完成粉喷桩2775根,总进尺码20031.7延米,平均喷入水泥53.33Kg/m。
3. 加固效果检测
本工程共采用三种检测方法,即(1)轻便触探检测粉喷桩56根(按设计总桩数2775的2%抽测),天然土地基13处;(2)静载荷试验17组;(3)水泥土试验8组。
3.1 轻便触探检测。
轻便检测采用N10(每贯入30cm的锤击数)作为测试桩体不同深度的强度指标,每贯入50cm试验一次;锤击30cm后,用直径51螺纹钻钻取桩体水泥土20cm,观察桩体搅拌均匀性。桩体检测深度为停灰面以4.0m,龄期一般为一天(24～28小时),少数为三天或七天龄期。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)1天龄期N10击数应大于15击,7天龄期击数应大于天然地基击数2倍(3～7天按7天考虑)。根据测试结果,39根一天龄期击数均超过15击,最大击数128击,满足设计要求;17根在停灰面以下0.5～1.5m范围(高程17.0～16.0m)击数偏低,最低仅6击,低于天然土的击数,但在3～7天龄期击数可提高到天然击数的2倍,满足设计要求。不同龄期测试资料表明,随龄期增加,如691#桩,一天龄期N10击数为11击(停灰面以下0.5～1.0m),三天龄期为29击,七天龄期为75击。但仍有6根在高程17.0～16.0m,7天龄期击数在24～33击,达不到天然击数的2倍(天然击数为15～18击),但该类桩(其中四根)经静载试验检测达到设计要求,与其它桩无差异。
3.2 静载试验。
静载试验共做17组,1、2#楼原排水沟各2组,轻便触探数据和外表疑问的选7组(含一组单桩静载试验),随机选取4组,轻便触探合格的选取2组。试验桩施工参数及试验情况见表2,载荷板尺寸按置换率确定,最终荷载按设计荷载的2倍确定,允许沉降确定为6.0mm。
由于试验结果可见,各楼复合地基承载力均达到设计要求,二倍设计荷载对应的最大沉降为18.37mm,弹性恢复值为6.0mm以上,二倍荷载时未达到极限状态,平均允许荷载大于天然状态复合地基设计值,即液化层侧摩阻力按1/3折减,复合地基承载力也能满足上部要求。
3.3 水泥土强度。
施工前后在桩体上部取样8组,试验结果见表3。由表可见水泥土强度均达到设计标准,不复搅的强度相当于同龄期复搅的50～60%;随龄期增长强度明显,28天龄期强度相当于90天龄期的54～67%。
4. 问题分析
4.1 轻便触探一天龄期击数离散性大,局部击数偏低,一种原因可能是测试时打偏:测试探头为锥形体,易向软处滑动,而桩由外向里固结,所以外侧硬,中心软。虽然在地面对准桩体的1/4直径,但在桩顶下30～80cm滑向中心,而桩中心有一直径4～8cm空心,因探头斜穿桩心,到桩的另一侧,造成击数两边高中间低,如4#楼的557#桩,一天击数上部37击,中间桩顶以下50 ～100cm为8击,下部为27 ～113击,但经静载试验测试,复合地基承载力达180KPa。部分桩七天击数局部不满足天然地基土击数的二倍,这不但与天然地基土击数偏高有关,也可能与倾斜有关,从该类6根中抽取4根(40#、344#、517#、534#)做三组复合地基及一组单桩静载试验,均超过设计要求。静载试验证明,该类桩体强度也满足设计要求。所以规范中用二倍天然地基土击数作为判别桩体强度的标准,有一定的局限性。
4.2 回填土碾压后复合地基承载力可以达到设计要求,但不能含有机质。如2#楼排水沟,两组回填土处的试验(12#、16# 桩)与其他天然土地基静载效果无差异,均在某些方面210KPa以上。而1#楼2#、14#桩静载试验结果偏低,原因回填土中含有腐植土,影响桩体强度。14#桩第一级荷载沉降3.5mm,反映出桩体浅层破坏的特点,开挖后可见桩顶以下0.3～0.8m部分已经粉碎,桩周分布较多的腐植土,加之回填土极松散,试验时主要由桩体承重,承载力仅达110KPa。
4.3 不同土质水泥土强度明显差别。通过基坑开挖后可见,4#楼粉喷桩顶位于3层粉土中,在地下水位以下,桩体质量略差,部分桩顶外侧有成环现象、中心松散,少数桩中心直径15～22cm部分强度低,该现象虽然造成桩体强度的不均匀,但对承载力无影响。如静载测试桩中有三组有该种现象,单桩及复合地基承载力的均超过设计标准,原因是桩体强度按水泥土强度的0.3～0.4倍设计,有很大的安全储备;桩体外侧与桩间土之间的摩阻力并未降低,所以不会影响复合地基强度。成环现象多分布在近地表部份,造成原因可能是转速高、供灰压力大,水泥喷在桩的边缘,富集在桩边形成环,而该部份强度远超过设计强度。从水泥土强度试验中也可看到桩体横截面不同部位强度差异很大,同组不同试块最大相差接近 40%,但28玉石龄期最小强度也可达1.0MPa。此外,中心强度低与表层含水量有关。
5. 结论
5.1 该小区地基饱和粉土经粉喷桩加固,桩间饱和粉土标贯击数比天然粉土提高聚物1～3击,液化指数已由12.8降至3.14～3.57,而复合地基的液化指数更低,属轻微液化,粉喷桩加固后使饱和粉土的抗液化条件有很大改善。经轻便触探及静载试验检测,复合地基各项指标均达到设计要求。
5.2 粉喷桩不复搅强度一般相当于复搅的确良50～60%,根据摩擦桩受力特点,下部不复搅强度亦满足设计要求。对地下水位以上的桩体应浇水养护,以提高桩体的早期强度。
5.3 轻便触探作为桩体强度测试方法,操作时应注意触探与螺旋钻相结合,尽量消除倾斜误差;规范中规定的“七天桩体强度应达到天然地基土击数的二倍”有一定的局限性。
5.4 粉喷桩复合地基,置换率若大于20%,从群桩效应方面考虑,在抗震液经验算时侧摩阻力折减系数可取2/3。
参考文献
[1] 《专门工程地质学》1986年7月 中国地质大学出版社,主篇:张咸恭、李智毅、郑达辉等;
[2] 《土力学》 1992年12月清华大学出版社,主编:陈仲颐、周景星等;
[3] 《基础工程学论》 1996年10月 中国地质大学出版社,主篇:刘星辉等;
[4] 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008);
[5] 《 建筑地基础设计规范》(GB50007-2002)。
[文章编号]1619-2737(2010)05-11-098
[作者简介]姚鹏(1974.10-),男,水工环高级工程师,籍贯湖南南县;工作单位:湖南省国土资源规划院;研究方向:地质灾害勘察、设计与监理,以及矿山地质环境影响评估及建设用地地质灾害危险性评估等工作。