樁擠密法加固軟弱地基之對比分析

楊青潮 郝 哲

0 引言

隨著我國經濟建設的蓬勃發展,不僅要選擇地質條件良好的場地從事建設,有時也不得不在地質條件不好或軟弱地基上進行土木工程建設。軟弱地基是指由軟土(淤泥及淤泥質土)、沖填土、雜填土、松散砂土及其他具有高壓縮性的土層構成的地基[1]。

軟弱地基按照原理的不同可分為排水固結法;擠密法;置換及拌入法;灌漿法;加筋法;冷熱處理法六大類。

擠密法是六大類地基處理方法之一。碎石樁、砂石樁、石灰樁、灰土擠密樁和土擠密樁、水泥粉煤灰碎石樁的主要作用機理就在于對地基土的擠密作用。鑒于這幾種方法都是在孔中填入砂石、灰土、土或石灰等材料形成樁體,筆者將它們統一劃歸為樁擠密法。

下面對幾類樁擠密法在基本概念、加固機理、施工方法、適用范圍等方面進行對比剖析,澄清它們之間的異同點,對地基處理工程的設計和施工提供有益的參考。

1 樁擠密法分類及特點

1)碎石樁。碎石樁是以碎石、卵石為主要材料制成的復合地基加固樁。碎石樁的抗震性能較好,造價較低,工期短,操作方便,適用范圍廣,樁型比較多,便于設計選擇。

2)砂石樁。砂石樁是在軟弱地基中成孔后,將砂擠入土中,形成大直徑的砂石密實樁體[2]。砂石樁可以防止砂土在受振時的液化,提高地基的強度和水平抗力,減少地基的固結沉降,提高了承載力和地基的整體穩定性。

3)石灰樁。石灰樁是指人工或機械在地基中成孔后,灌入生石灰塊或在生石灰塊中摻入水硬性摻合料形成的樁柱體[2]。石灰樁屬于可壓縮的低粘結強度樁,對超軟土的加固特別有利。

4)土擠密樁。土擠密樁是在地基中成孔,然后在孔中分層填入素土后夯實而成的土樁[2]。土擠密樁屬于柔性樁,填入樁孔的材料均屬就地取材,因此比其他處理濕陷性黃土和人工填土的方法造價較低。

5)灰土擠密樁。灰土擠密樁是在地基中成孔后,分層填入不同比例的消石灰和土而成[2]。灰土擠密樁主固化料為消石灰,樁體材料可多樣、可就地取材,可用于多種施工工藝。

6)水泥粉煤灰碎石樁。水泥粉煤灰碎石樁簡稱CFG樁(Cement Fly-ash Gravel pile),是在碎石樁的基礎上摻入適量石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和后制成具有一定強度的樁體[2]。CFG樁是充分利用樁間土承載力共同作用的一種低強度混凝土樁,可將荷載傳遞到深層地基中去,具有較好的經濟效果和技術性能。

2 不同樁擠密法加固機理對比

2.1 相同點

幾種樁擠密法均屬于柔性樁加固地基的范疇,它們主要靠樁管打入地基時對地基土的擠密作用,在一定的擠密功能作用下土粒彼此移動,從而使土的壓縮性減小和抗剪強度提高。

2.2 不同點

1)碎石樁。碎石樁與砂樁同屬散體材料樁,加固機理相似,并隨被加固土質不同而有差別。對砂土、粉土和碎石土具有置換和擠密作用;對黏性土和填土,以置換作用為主,在不同程度上伴有擠密和促進排水固結的作用。2)砂石樁。由于在成樁過程中樁管對周圍砂層產生很大的橫向擠壓力,使土的物理力學性能得到改善,地基承載力大幅度提高。3)石灰樁。石灰樁與砂樁、碎石樁等散體材料樁不同,主要特點是在形成樁身強度的同時也加固了樁間土,當用于建筑物地基時,石灰樁與樁間土組成了石灰樁復合地基共同承擔上部結構荷載。4)土擠密樁。土樁擠密地基由樁間擠密土和分層夯實的素土樁組成,土樁樁體和樁間土均為被機械擠密的重塑土,所以土樁擠密地基可以被視為厚度較大的素土墊層。5)灰土擠密樁。灰土擠密樁由于對樁間土能起側向約束作用,限制土的側向移動,樁間土只產生豎向壓密,使側壓力與沉降始終呈線性關系[5]。灰土擠密樁成樁過程中置換了原孔位處的天然土,對提高地基承載力起到了補強作用。6)CFG樁。CFG樁不同于碎石樁,是具有一定粘結強度的混合料樁。CFG樁和其他復合地基的樁型相比,它的置換作用很突出[6]。

3 不同樁擠密法施工方法對比

3.1 相同點

幾種樁擠密法都是先采用沉管法、沖擊法等把擠密點局部范圍內的土體向周圍側向擠出,使其周圍一定范圍內的土體得到擠密,使原來比較松散的天然地基被擠密成能滿足工程需要的較為密實的人工地基。

3.2 不同點

1)碎石樁。碎石樁施工方法主要有振沖擠密法、干振法、沉管法、強夯置換法等,工程中應用最廣泛的是振沖碎石樁,它是在邊振邊沖的聯合作用下形成樁孔,再向樁孔逐段填入碎石并逐段振密,在地基中形成大直徑的密實樁。2)砂石樁。砂石樁在工程中常見的有孔內重錘夯實砂石樁、振沖砂石樁和振動沉管擠密砂石樁等,它是采用振動、沖擊或水沖等方式在地基中成孔后,再將碎石、砂石擠壓入孔中,形成砂石所成的密實樁體。3)石灰樁。石灰樁施工可采用洛陽鏟或機械成孔。機械成孔分為沉管和螺旋鉆成孔。成樁時可采用人工夯實、機械夯實、沉管反插、螺旋反壓等工藝。4)土擠密樁。灰土擠密樁或土擠密樁的施工方法是利用沉管、沖擊或爆擴等方法在地基中擠土成孔,然后向孔內夯填素土成樁,工藝比較簡單,其特點是以土治土,可以就地取材。5)灰土擠密樁。灰土擠密樁的施工方法是利用沉管、沖擊或爆擴等方法在地基中擠土成孔,然后向孔內夯填灰土成樁,由于灰土樁不能處理地下水位以下土層的特點,使灰土擠密樁的應用受到了許多限制。6)CFG樁。目前在工程中振動沉管灌注成樁應用的比較多,這主要是由于振動打樁機施工效率高,造價相對較低。

4 不同樁擠密法應用范圍對比

4.1 相同點

幾種樁擠密法都適用于含砂粒、瓦屑的雜填土及含砂量較多的松散土地基,對粘性大的飽和軟土地基,擠密效果不大。

4.2 不同點

1)碎石樁。碎石樁主要適用于砂性土、非飽和黏性土,以爐灰、爐渣、建筑垃圾為主的雜填土,松散的素填土,經碎石樁處理后可以作多層建筑地基。2)砂石樁。砂石樁適用于擠密松散砂土、粉土、黏性土、素填土、雜填土等地基,提高地基的承載力和降低壓縮性,也可用于處理可液化地基。3)石灰樁。適用于加固雜填土、素填土、飽和黏性土、淤泥質土、淤泥、透水性小的粉土,特別適用于新填土和淤泥;對透水性高的砂土和砂質粉土以及超高含水量的軟土則不適合。石灰樁和灰土樁不同,可以用于地下水位以下的土層。4)土擠密樁。由土擠密樁地基的特點可知,該方法主要適應于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理地基的深度為5 m～15 m[6]。以消除濕陷性黃土地基的濕陷性為主要目的時,宜選用土擠密法。5)灰土擠密樁。灰土擠密樁是以提高人工填土地基的承載力和增強其水穩定性,并消除濕陷性黃土地基的濕陷性為主要目的時,常采用灰土擠密法。6)CFG樁。CFG樁適用于處理黏土、粉土、砂土和正常固結的素填土等地基。對一般黏性土、粉土或砂土,樁端具有好的持力層,經CFG樁處理后可以作為高層或超高層建筑地基。

5 結語

分析表明,每一種方法都有各自的特點和適用范圍,雖然都有擠密作用,但是其擠密的作用機理也不盡相同,通過擠密法的加固機理、施工方法、應用范圍的比較,能夠深入了解不同土體中產生的不同加固效果和各自的局限性,科學、合理地選擇最優的地基處理方案。

[1]JGJ 79-2002,建筑地基基礎處理技術規范[S].

[2]牛志榮.地基處理技術及工程應用[M].北京：中國建材工業出版社,2004.

[3]孫志華.灰土擠密樁與CFG樁復合地基在工程中的應用[J].山西建筑,2008,34(4)：122-123.

[4]宋葆瑞.軟土地基處理與加固的方法及施工工藝[J].山西建筑,2007,33(11)：125-126.

[5]張曉青.淺談幾種軟土地基處理的方法[J].山西建筑,2009,35(6)：153-154.

[6]黃生根,吳 鵬,戴國亮.地基工程原理與方法[M].武漢：中國地質大學出版社,2009.