灰土樁處理濕陷性黃土地基試驗(yàn)研究

程玉龍

(1酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 酒泉735000；2蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州730050)

1 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，基本建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，愈來(lái)愈多的工程需要對(duì)天然地基進(jìn)行人工處理，以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)物對(duì)地基承載力和變形的要求，保證結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用。地基處理作為一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科，它的理論與實(shí)踐正處于不斷發(fā)展、完善之中，并日益受到了工程界及學(xué)術(shù)界的重視[1～3]。尤其是濕陷性黃土地區(qū)，以其特有的土體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工程性能給工程建設(shè)帶來(lái)了一定的難度，灰土擠密樁作為一種濕陷性黃土地基處理方法，是西北地區(qū)最早推廣應(yīng)用的一種以土治土的方法，其歷史悠久，早已被人們所習(xí)用，并取得了良好的技術(shù)效果[4～7]。隨著技術(shù)的發(fā)展，灰土已被作為一種復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于交通、土建等建筑工程中。但是復(fù)合地基的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于復(fù)合地基的工程實(shí)踐。以前對(duì)灰土地基性能的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)已滿(mǎn)足不了工程實(shí)踐的發(fā)展，許多觀點(diǎn)仍停留在經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)上。進(jìn)行復(fù)合地基理論研究，將有助于加深對(duì)復(fù)合地基工作機(jī)理的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)地基處理技術(shù)更好地應(yīng)用和更快發(fā)展。因此，對(duì)灰土樁復(fù)合地基的工程性能做進(jìn)一步研究探討，具有一定的實(shí)際意義。本文以應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)通過(guò)大量的工程試驗(yàn)和大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了石灰樁膨脹法加固濕陷性黃土?xí)r黃土的各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)的變化以及進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2 試驗(yàn)場(chǎng)地概述

蘭州西固某住宅樓地基處理擬采用灰土擠密樁法，設(shè)計(jì)要求全部消除地基的濕陷性，處理后地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到220kPa。根據(jù)整片擠密樁試驗(yàn)及場(chǎng)地補(bǔ)探。補(bǔ)探及室內(nèi)外試驗(yàn)共成樁32根，靜載荷試驗(yàn)6點(diǎn)次。挖探井10個(gè)，室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)113組，擊實(shí)試驗(yàn)3組，開(kāi)剖樁體3個(gè)，并進(jìn)行了數(shù)十組現(xiàn)場(chǎng)干密度試驗(yàn)。

根據(jù)原勘察資料，土層自上而下分別為：

1）黃土狀粉土：談黃色～灰黃色，粉粒為主，具肉眼可見(jiàn)大孔隙。含白色鈣質(zhì)結(jié)核，局部含較大的卵石和大于200mm的漂石。層厚22～29.9m,一般在距地面13～15m以上般堅(jiān)硬～硬塑，以下軟塑～流塑。

2）卵石層：據(jù)典型的河流向沖擊地層特征，層面在南北方向變化很大，南部高，北部低，高程為1542.21～1548.28m。

地下水位埋藏深度距地面14.1～16.7m之間，水位高程1555.97～1555.13m。

3 擠密效果分析

1）密實(shí)度擠密效果分析

土樁單樁樁周土擠密程度沿徑向的變化規(guī)律，(根據(jù)30條實(shí)測(cè)曲線統(tǒng)計(jì)得來(lái))如圖1所示，從圖可以看出，樁周土被擠密的效果顯著，有明顯的規(guī)律性。

圖1 樁周土擠密程度沿徑向變化規(guī)律

2）壓縮性擠密效果分析

圖2 (a)是單樁樁周土在天然濕度及飽水兩種狀態(tài)下的壓縮系數(shù)沿徑向的變化規(guī)律。從圖中可見(jiàn)，天然濕度狀態(tài)下，當(dāng)x>1.5d時(shí)，α1-2基本上都大于0.5MPa-1，為高壓縮性土，當(dāng)x=(0.75～1.5)d時(shí)常屬中等壓縮性，當(dāng)x=(0.5～0.75)d時(shí)一般達(dá)到或接近低壓縮性。在飽水狀態(tài)下當(dāng)x>1.5d時(shí)，α1-2都大于0.9MPa-1，當(dāng)x

從圖2（b）中還可以看出，當(dāng)D>79%時(shí)，在天然濕度狀態(tài)下，可顯示出中壓縮性，甚至低壓縮性。D>86%時(shí)，在飽水狀態(tài)下，也可顯示出中壓縮性，甚至低壓縮性，樁周某點(diǎn)土的壓縮系數(shù)將隨著該點(diǎn)到樁心距的增大而增大，其變化規(guī)律與單樁樁周土密實(shí)度的規(guī)律性相似。

圖2 自然狀態(tài)和飽水狀態(tài)下壓縮系數(shù)隨樁心距和擠密系數(shù)的變化關(guān)系曲線圖

3）承載力擠密效果分析

實(shí)驗(yàn)采用慢速維持荷載法，即千斤頂加荷，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)測(cè)定荷載，擠密樁施工機(jī)械作為反力裝置，百分表側(cè)讀沉降。加荷分級(jí)，沉降觀測(cè)時(shí)間及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)等試驗(yàn)要點(diǎn)均執(zhí)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7-89）附錄四有關(guān)規(guī)定。

試驗(yàn)點(diǎn)Ja1、Ja2、Ja3位于三樁間，Jb1、Jb2、Jb3位于樁心，承壓板尺寸為2500cm2(50cm×50cm)。試驗(yàn)標(biāo)高為樁頂以下0.5m。

試驗(yàn)點(diǎn)垂直加荷Q及相應(yīng)沉降S的試驗(yàn)紀(jì)錄，據(jù)此繪制的Q-S關(guān)系曲線見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 三樁間土的Q～S 關(guān)系曲線

圖4 樁心的Q～S關(guān)系曲線

可見(jiàn)各試驗(yàn)點(diǎn)的Q-S曲線均呈緩慢變形或近似直線變化，無(wú)明顯的拐點(diǎn)。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7-89）及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-91）的規(guī)定，可取S/b=0.01～0.015對(duì)應(yīng)的荷載作為地基承載力的基本值，這里取用S/b=0.012對(duì)應(yīng)荷載，三樁間承載力基本值可取用207kPa，樁心承載力基本值可取用443kPa。地基沒(méi)有進(jìn)行過(guò)處理的承載力一般在100kPa以?xún)?nèi),而經(jīng)過(guò)處理的地基，承載力都有顯著提高，一般都增加了一倍以上。

4）濕陷性效果分析

單樁樁周土在不同壓力下的濕陷系數(shù)見(jiàn)圖5，濕陷系數(shù)（豎軸）隨著徑向（橫軸）等增大而增大的效果顯著。由試驗(yàn)可得，在試驗(yàn)壓力越大，濕陷系數(shù)隨徑向的變化就越顯著，反之則變化較為平緩，濕陷系數(shù)隨徑向顯著變化與平緩變化之間的過(guò)渡又隨著試驗(yàn)壓力的增大而尤為明顯，且過(guò)渡段也越為靠近樁心方向。

圖5 樁周土擠密后濕陷系數(shù)沿徑向變化規(guī)律

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析可以得到如下結(jié)論：

1）擠密樁按樁徑400mm，間距1.0m的梅花形布設(shè)，復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值可取用240kPa，樁間土的濕陷性完全消除，各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)均有顯著提高，擠密系數(shù)≥0.90。

2）土樁擠密地基可以用來(lái)處理全部濕陷性土層，也可用于處理部分濕陷性土層。

3）對(duì)用水量很大，地基大量浸水難于避免的建（構(gòu)）筑物，地基亦處理全部濕陷性土層，至少要消除極大部分的濕陷性。

4）對(duì)濕陷性黃土地基用擠密地基解決濕陷問(wèn)題是主要的，只要濕陷問(wèn)題解決了，一般壓縮性，承載力和防水抗?jié)B也可以滿(mǎn)足。若將擠密地基做成防水抗?jié)B性能較好的墊層時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)提高樁間土的密實(shí)度要求。

5）場(chǎng)地土的含水量偏低，適當(dāng)?shù)脑鰸衲芴岣叩鼗幚淼男Ч捎诒敬卧囼?yàn)場(chǎng)地存在砂石夾層，增濕深度受到限制，增濕灌水量不宜控制，使增濕后含水量增大不大明顯。但擠密后的效果均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

[1]劉祖典，黃土力學(xué)與工程[M]，西,陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997年.

[2]高國(guó)瑞，黃土顯微結(jié)構(gòu)分類(lèi)與濕陷性[J]，中國(guó)科學(xué)，1980，（12）,1203-1208.

[3]雷詳義，中國(guó)黃土的孔隙類(lèi)型與濕陷性[J]，中國(guó)科學(xué)（B輯），1987，（12），1309-1316.

[4]GB50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，北京,中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004年。

[5]謝定義，黃土力學(xué)特性與應(yīng)用研究的過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái).地下空間[J]，1999，19（4）,274～283.

[6]高國(guó)瑞，黃土濕陷變形結(jié)構(gòu)理論.巖土工程學(xué)報(bào)[J]，1990，12（4）,1 ～ 9.

[7]龔曉南等.地基處理手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.北京.2000.