论文部分内容阅读
[摘 要]灰土擠密桩因其具有承载力高、技术可靠、施工方便、经济效益高并且需要设备简单等优点，因此作为一种处理是湿陷性黄土地基的重要方法。灰土挤密桩能够有效地消除复合地基桩间土的湿陷性，提高地基强度，确保建筑工程施工质量。因此在建筑工程中得到的广泛的应用。
[关键词]灰土挤密桩；加固机理；湿陷性黄土地基；
中图分类号：TP524 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）46-0230-02
1 工程背景
某市电力工程项目位于黄土台塬区，地基土上部为上更新统黄土构成，土质疏松，垂直节理发育，具大孔隙，呈典型的架空结构，受水浸湿后由于自重压力或附加压力与自重力的共同作用，结构迅速破坏而发生湿陷，为湿陷性黄土。根据试验资料：地基土湿陷系数=0.018～0.046，地基土总湿陷系数=18.38～27.61，为非自重Ⅰ级（轻微）湿陷性黄土。原地表地基处理设计采用灰土挤密桩的方法加固路基，桩体采用10%石灰土回填。为指导灰土桩的大面积施工，项目部选取了K37+510～K37+540段湿陷性黄土路基在灰土桩施工原理至检测方面进行了研究，并取得了一定的成果。
2 加固机理及影响挤密效果的因素
2.1 加固机理
灰土桩是将填料在桩孔内加密夯实后形成的桩，所以灰土桩在成孔过程中通过钻孔和填料对桩间土体有两次挤密加固作用。在成桩后由于桩周水分的渗入，石灰与水发生一系列化学反应而产生膨胀，放热、离子交换、碳化作用等现象，使之形成胶凝体并对桩周土再次形成侧向挤密作用，从而使桩间土孔隙逐渐减小。随着灰土桩龄期的增长，土体固化作用逐渐得到提高，土体强度逐渐增加，在施工结束后桩和桩间土组成复合地基共同承担上部荷载。
灰土桩复合地基中，由于占总面积20%左右的灰土桩承受了上部接近一半的荷载，变形模量远大于桩间土的变形模量，荷载向桩上产生集中应力，消除了持力层内大量湿陷变形和压缩变形的不利因素。另外，由于灰土桩对桩间土能起到侧向挤压作用，限制并减少了土的侧向位移，使桩间土体只产生竖向压力，压力与沉降始终保持着线性关系。故它可以有效地提高地基承载力并消除湿陷性，使之沉降均匀并且减小。达到挤密地基的效果。
由于灰土桩对土的挤压作用而使桩体周边内的土层密实度得到整体提高。经实际检测，在相邻桩孔挤密范围内交接部位的挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大且密度更加均匀。桩距越近，其产生的叠加效果越明显。
2.2 影响挤密效果的因素
天然含水量和干密度在挤密过程中对挤密效果也起到很大的影响，在含水量接近最佳状态时，土体呈塑性状态，挤密达到最佳效果。当含水量过高时，由于挤压引起超孔隙水压力，土体难以挤密，且容易出现缩颈、塌孔等情况；当含水量偏低时，挤密时土呈坚硬状态，有效挤密区变小。
土的天然干密度越小，则有效的挤密范围就越小，挤密效果不好；土的干密度越大，则有效挤密范围越大，挤密效果就越好。土质不均匀时有效挤密范围小，土质均匀时，则有效挤密范围大。
3 桩位依据及布设情况
3.1 布设依据
（1）复合地基承载力特征值控制填高小于6m，大于或等于200kPa；填高大于6m，大于或等于220kPa。
（2）桩间土压实系数≥0.90。
（3）灰土桩压实系数≥0.97。
（4）按梅花式等边三角形布桩。如图1所示，加固深度为1m的情况下认为加固前ΔABC×1m体积内的干密度，等于挤密后阴影面积×1m的体积内干密度。
式中：为挤密后桩间土要求达到干密度，即现场控制干密度；为挤密前天然地基土的平均干密度；d为灰土桩的直径（m）。
其中α为桩距系数。
3.2 灰土桩布设情况
K37+510～K37+540试验段采用梅花式等边三角形布桩，现场查得天然密度为17.9KN/m3，天然含水量为22.1%，天然干密度为14.66kN/m3。根据陕西省标准《灰土桩和灰土挤密桩地基施工及验收规程》（DBJ24-2-85）查表并计算可得桩间距为100cm，排距87cm，成桩直径40cm。
4 施工
施工采用SH-30型履带式沉管桩机成孔、YTQH400型重锤夯机夯实，选用Ⅰ级消石灰，使用前7d消解并过筛，熟石灰粒径d≤5mm，活性CaO+MgO含量大于或等于65%。土料采用就近挖取的素黄土，有机质含量小于5%；土料过筛，粒径控制在15mm以内。对选定的土和石灰进行土工试验和原材料检验，通过室内击实试验确定石灰土的最大干密度以及最佳含水量。灰土桩的石灰剂量10%，配制时确保充分拌合均匀，灰土的含水量控制在最佳含水量±2%之间。
施工前对地基表层进行表层夯实，成孔及施工时采取防水措施，施工工序如图2所示。成孔填筑灰土前，在孔底预先夯击1～2次。根据试验测定的密实度要求，随填随夯并对夯实质量进行严格控制。桩体控制压实系数不小于0.97；桩间土压实系数不小于0.90.复合地基承载力特征值按如下控制：填高小于6m，大于或等于200kPa；填高大于6m，大于或等于220kPa。
5 检测
为了检验挤密灰土桩对湿陷性黄土地基的处理效果，通过钻芯取样检测桩体完整性、桩长、考察湿陷性消除状况、灰土桩的夯实程度及桩间土的改善程度并实测桩间土的压实度、桩体压实度。通过静载荷试验确定单桩承载力、灰土桩复合地基承载力是否达到要求。
5.1 土工试验资料分析情况
（1）桩间土的工后改善效果。桩间土挤密效果显著。与施工前天然地基土相比较，灰土挤密桩地段的桩间土得到了不同程度的改善。其含水量提高2.7%～4.5%，天然重度γ提高7.8%～8.4%，干重度提高了8.2%～8.8%，压实系数为0.92～0.93，即大于0.9，达到要求。
湿陷性基本消除。天然地基土湿陷系数为0.018～0.046，挤密后桩间土湿陷系数为0～0.014。由此可见，挤密后桩间土的湿陷性已基本消除。
压缩性减小。桩间土空隙比e降低幅度为12.3%～14.8%，压缩模量E提高幅度为22%～42.7%。
（2）桩体质量分析情况。灰土桩桩体压实系数为0.975～0.985，达到设计要求即大于或等于0.97。
6 结论
通过对灰土桩加固原理至工后检测全面的研究，使我们对灰土桩有了更深刻的认识，对该电力工程的大面积施工提供了有力的实践经验。在后期灰土桩施工中也充分地证明了其在施工方便、节约工期、节约成本等方面比传统大开挖方法的优越性。经过工后4年的持续观测，该工程使用状况良好，未出现明显沉降，故灰土桩是处理湿陷性黄土地基的有效方案。
参考文献
[1] 挤密桩法处理地基技术规程[S].DBJ61-2-2006.
[2] 建筑地基基础设计规范基础设计规范[S].GB50007-2002.
[3] 建筑地基处理技术规范[S].JGJ79-2002.
[关键词]灰土挤密桩；加固机理；湿陷性黄土地基；
中图分类号：TP524 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）46-0230-02
1 工程背景
某市电力工程项目位于黄土台塬区，地基土上部为上更新统黄土构成，土质疏松，垂直节理发育，具大孔隙，呈典型的架空结构，受水浸湿后由于自重压力或附加压力与自重力的共同作用，结构迅速破坏而发生湿陷，为湿陷性黄土。根据试验资料：地基土湿陷系数=0.018～0.046，地基土总湿陷系数=18.38～27.61，为非自重Ⅰ级（轻微）湿陷性黄土。原地表地基处理设计采用灰土挤密桩的方法加固路基，桩体采用10%石灰土回填。为指导灰土桩的大面积施工，项目部选取了K37+510～K37+540段湿陷性黄土路基在灰土桩施工原理至检测方面进行了研究，并取得了一定的成果。
2 加固机理及影响挤密效果的因素
2.1 加固机理
灰土桩是将填料在桩孔内加密夯实后形成的桩，所以灰土桩在成孔过程中通过钻孔和填料对桩间土体有两次挤密加固作用。在成桩后由于桩周水分的渗入，石灰与水发生一系列化学反应而产生膨胀，放热、离子交换、碳化作用等现象，使之形成胶凝体并对桩周土再次形成侧向挤密作用，从而使桩间土孔隙逐渐减小。随着灰土桩龄期的增长，土体固化作用逐渐得到提高，土体强度逐渐增加，在施工结束后桩和桩间土组成复合地基共同承担上部荷载。
灰土桩复合地基中，由于占总面积20%左右的灰土桩承受了上部接近一半的荷载，变形模量远大于桩间土的变形模量，荷载向桩上产生集中应力，消除了持力层内大量湿陷变形和压缩变形的不利因素。另外，由于灰土桩对桩间土能起到侧向挤压作用，限制并减少了土的侧向位移，使桩间土体只产生竖向压力，压力与沉降始终保持着线性关系。故它可以有效地提高地基承载力并消除湿陷性，使之沉降均匀并且减小。达到挤密地基的效果。
由于灰土桩对土的挤压作用而使桩体周边内的土层密实度得到整体提高。经实际检测，在相邻桩孔挤密范围内交接部位的挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大且密度更加均匀。桩距越近，其产生的叠加效果越明显。
2.2 影响挤密效果的因素
天然含水量和干密度在挤密过程中对挤密效果也起到很大的影响，在含水量接近最佳状态时，土体呈塑性状态，挤密达到最佳效果。当含水量过高时，由于挤压引起超孔隙水压力，土体难以挤密，且容易出现缩颈、塌孔等情况；当含水量偏低时，挤密时土呈坚硬状态，有效挤密区变小。
土的天然干密度越小，则有效的挤密范围就越小，挤密效果不好；土的干密度越大，则有效挤密范围越大，挤密效果就越好。土质不均匀时有效挤密范围小，土质均匀时，则有效挤密范围大。
3 桩位依据及布设情况
3.1 布设依据
（1）复合地基承载力特征值控制填高小于6m，大于或等于200kPa；填高大于6m，大于或等于220kPa。
（2）桩间土压实系数≥0.90。
（3）灰土桩压实系数≥0.97。
（4）按梅花式等边三角形布桩。如图1所示，加固深度为1m的情况下认为加固前ΔABC×1m体积内的干密度，等于挤密后阴影面积×1m的体积内干密度。
式中：为挤密后桩间土要求达到干密度，即现场控制干密度；为挤密前天然地基土的平均干密度；d为灰土桩的直径（m）。
其中α为桩距系数。
3.2 灰土桩布设情况
K37+510～K37+540试验段采用梅花式等边三角形布桩，现场查得天然密度为17.9KN/m3，天然含水量为22.1%，天然干密度为14.66kN/m3。根据陕西省标准《灰土桩和灰土挤密桩地基施工及验收规程》（DBJ24-2-85）查表并计算可得桩间距为100cm，排距87cm，成桩直径40cm。
4 施工
施工采用SH-30型履带式沉管桩机成孔、YTQH400型重锤夯机夯实，选用Ⅰ级消石灰，使用前7d消解并过筛，熟石灰粒径d≤5mm，活性CaO+MgO含量大于或等于65%。土料采用就近挖取的素黄土，有机质含量小于5%；土料过筛，粒径控制在15mm以内。对选定的土和石灰进行土工试验和原材料检验，通过室内击实试验确定石灰土的最大干密度以及最佳含水量。灰土桩的石灰剂量10%，配制时确保充分拌合均匀，灰土的含水量控制在最佳含水量±2%之间。
施工前对地基表层进行表层夯实，成孔及施工时采取防水措施，施工工序如图2所示。成孔填筑灰土前，在孔底预先夯击1～2次。根据试验测定的密实度要求，随填随夯并对夯实质量进行严格控制。桩体控制压实系数不小于0.97；桩间土压实系数不小于0.90.复合地基承载力特征值按如下控制：填高小于6m，大于或等于200kPa；填高大于6m，大于或等于220kPa。
5 检测
为了检验挤密灰土桩对湿陷性黄土地基的处理效果，通过钻芯取样检测桩体完整性、桩长、考察湿陷性消除状况、灰土桩的夯实程度及桩间土的改善程度并实测桩间土的压实度、桩体压实度。通过静载荷试验确定单桩承载力、灰土桩复合地基承载力是否达到要求。
5.1 土工试验资料分析情况
（1）桩间土的工后改善效果。桩间土挤密效果显著。与施工前天然地基土相比较，灰土挤密桩地段的桩间土得到了不同程度的改善。其含水量提高2.7%～4.5%，天然重度γ提高7.8%～8.4%，干重度提高了8.2%～8.8%，压实系数为0.92～0.93，即大于0.9，达到要求。
湿陷性基本消除。天然地基土湿陷系数为0.018～0.046，挤密后桩间土湿陷系数为0～0.014。由此可见，挤密后桩间土的湿陷性已基本消除。
压缩性减小。桩间土空隙比e降低幅度为12.3%～14.8%，压缩模量E提高幅度为22%～42.7%。
（2）桩体质量分析情况。灰土桩桩体压实系数为0.975～0.985，达到设计要求即大于或等于0.97。
6 结论
通过对灰土桩加固原理至工后检测全面的研究，使我们对灰土桩有了更深刻的认识，对该电力工程的大面积施工提供了有力的实践经验。在后期灰土桩施工中也充分地证明了其在施工方便、节约工期、节约成本等方面比传统大开挖方法的优越性。经过工后4年的持续观测，该工程使用状况良好，未出现明显沉降，故灰土桩是处理湿陷性黄土地基的有效方案。
参考文献
[1] 挤密桩法处理地基技术规程[S].DBJ61-2-2006.
[2] 建筑地基基础设计规范基础设计规范[S].GB50007-2002.
[3] 建筑地基处理技术规范[S].JGJ79-2002.