擠密樁復合地基在濕陷性黃土地基處理中的應用

張 定 茂

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

擠密樁復合地基在濕陷性黃土地基處理中的應用

張 定 茂

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

在濕陷性黃土地區，因濕陷性沉降導致工程不利影響，為了消除濕陷性，應采取有效的地基處理方法，結合工程實例闡述擠密樁在濕陷性黃土地區有效處理效果，探討了擠密樁復合地基加固機理、處理后的沉降差異等，希望能對類似的工程具有借鑒意義。

濕陷性黃土，地基處理，擠密樁復合地基

由于非飽和的欠壓密的濕陷性黃土，在水浸泡作用下，其較大孔隙率、偏低干密度，土的自重壓力和附加應力，會發生變形下沉。濕陷性黃土地基應用擠密樁復合地基進行處理，能夠有效的消除存在大厚度黃土中的濕陷性問題。處理的原理是：樁間因灰土或水泥土夯填到成孔和分層時所產生的側向擠密作用而擠密，因此有效提高了土質工程性能，同時提高了樁體承載力；上部附加應力、地基的沉降變形因位于樁頂褥墊層內土工格柵的作用下更為合理的分布和協調。

1 工程概況

本工程為某道路建設項目，場地平坦開闊，其地層巖性為濕陷性黃土，上部10 m稍濕、稍密，下部15 m稍濕、中密。該項目濕陷性黃土的自重濕陷系數介于0.010～0.090，濕陷系數介于0.015～0.097，通過計算可以得出，本工程自重濕陷量為15 mm～275 mm，濕陷量為194 mm～717 mm。因此本工程是自重濕陷性黃土場地。下文將介紹通過采取擠密樁復合地基處理濕陷性黃土地基問題。

2 代表性工點設計

1)加固措施選擇。本工程濕陷性黃土厚度約12 m，因此將采取樁長13 m、直徑為0.5 m和0.25 m的擠密樁按照正三角形布樁方式設計加固地基。

2)擠密樁樁間距(S)選擇。通過擠密樁樁間距計算公式(1)計算出本工程擠密樁樁間距需要1.19 m，所以中樁間距選用1.1 m。

S=0.95[(ηcρdmaxD2-ρd0d2)/(ηcρdmaxD-ρd0d)]1/2

(1)

其中，ηc,ρdmax,ρd0,D,d分別為擠密系數、擊實試驗最大干密度、施工前擠密樁壓縮層平均干密度、擠密樁直徑、預鉆孔直徑。

3)沉降計算。表1和表2是通過復合地基模量Espi公式(4)和工后沉降公式(2)、公式(3)計算出本工程的數值。

S工后=S總-S施工

(2)

其中，S總為在考慮到列車活載和路堤荷載等因素下地基累計沉降量的總和。它是由加固區采取復合模量法計算的沉降量S復合和下臥層采取分層總和法計算沉降量S下構成。并按照式(3)修正最終變形量S，沉降計算經驗系數為Ψs，S′為按照分層總和法計算的變形量。

S=ΨsS′

(3)

Espi=mEp+(1-m)Esi

(4)

其中，m為置換率；Ep為擠密樁的壓縮模量；Esi為第i層樁間土的壓縮模量。

表1 復合地基模量計算

表2 地基工后沉降計算

通過表2的數據可以得出：相比較于灰土擠密樁方式來加固地基，即使是1 m以內的樁間距，仍然具有18.56 mm的工后沉降，無法使15 mm無砟軌道達到工后沉降要求，而在地基加固中采用水泥土擠密樁，不僅能夠將黃土濕陷性問題有效消除，而且也能使工后沉降的要求得到滿足。

3 復合地基施工

3.1 施工前技術準備

在進行施工前，首先應當對地基土和地下水位的含水率進行測定，此外，需要變更設計具有過高含水率和飽和度的地基土。

選點進行成孔、填土擠密效果試驗，其結果顯示：雖然當水泥摻入比為12%時能夠滿足水泥土擠密樁和灰土擠密樁的設計要求，但是還是有以下兩個問題存在：1)鑒于本工程某一些路段地基土存在較高飽和度、較大含水量等問題，導致灰土擠密樁設計無法滿足地基承載力要求；2)后期施工樁因軟弱地基的原因，在先前施工樁的擠密作用下產生縮徑樁孔、塌孔問題。

為解決以上問題，經研究決定：為了避免同一斷面上路基上部結構受到過大工后沉降影響，部分軟弱地基地段采取水泥土擠密樁來代替灰土擠密樁；施工過程中需要使用洛陽鏟預鉆孔加上沉管錘擊，按照從路基中間向兩邊每間隔2孔的成孔順序進行施工。

3.2 施工流程控制

結合試驗段結果數據表明，在成孔后應當采取夯平清底，再對孔深、垂直度等采取檢查，對以上各項數據檢查合格后，則采取電動卷揚機提升式夯實機分層夯填，按照2 m以上的落錘高度、250 mm的每層回填虛鋪厚度、10錘以上的夯擊次數進行夯填。成樁后鏟除平整高出150 mm樁頂高程部分。

在復合地基承載力和單樁承載力試驗成樁之后，需要進行灰土墊層施工。在墊層的頂和底上置放、攤鋪、固定上墊層中兩層土工格柵，為了避免土工格柵被機械碾壓破壞，需要預留出0.1 m厚的灰土層。在灰土褥墊層的兩位層土工格柵之間平順牢固的鋪設上復合土工膜，這樣可以有效的避免墊層中形成積水窩。

3.3 地基處理措施選擇

綜合考慮投資控制上的因素，本工程主要是水泥土擠密樁復合地基和灰土擠密樁復合地基分別處理車站鋪有無砟軌道的正線部分地基和濕陷性黃土地基。

4 沉降觀測評估

基于我國相類似工程的施工經驗，沉降觀測評估的問題是十分重要的。本工程在完工后，需要系統的觀測與分析評估路基沉降，確認觀測斷面的平均間距需要控制在50 m以內，并且需要適當加密具有較大變化的地質地形條件的路段和過渡段。完成地基施工之后，需要安排出6個月～18個月的觀測和調整期進行分析評估工程的沉降和工后沉降問題是否滿足設計的規范要求。

4.1 觀測點布置原則

本工程的觀測點是在工程具有較為松軟土兩邊的坡腳外2 m的地方上和地基兩邊路肩分別設置圓木觀測樁和鋼筋混凝土觀測樁，此外，還需要將組合沉降板設置在路基橫斷面中心上。將一組沉降板設置在基床底層頂面和地基面處的線路中心線的地方來觀測斷面，另外，還需要將沉降板埋設在3.5 m距離的基礎地基底層頂面下進行觀測具有較大的路堤高度。圖1是其示意圖。

4.2 觀測資料整理

記錄和整理好觀測資料之后將其繪制成如圖2所示的每個觀測標志點的荷載—時間沉降曲線和如圖3所示的每個觀測標志點的∑Sn—∑(Sn+Sn+1)曲線。

4.3 評估標準

依據實測沉降觀測資料可以推算出：相比較15mm的允許沉降量而言，路基工后沉降量不會超出；路基具有比較均勻的沉降，從而得出最大工后沉降量一般是在3mm以內。

4.4 沉降觀測評估結果

結合沉降觀測數據進行曲線擬合可以計算出沉降預測數值，其中方法有雙曲線法、三點法、指數曲線法及星野法等，本工程主要采用雙曲線法。在本工程完成之后，進行了6個月以上的觀測時間，其中實際測量的最大沉降量只有24.424mm，遠小于33mm的設計施工期的沉降值；結合預測4.2mm的沉降曲線工后沉降量，相比較于工后沉降量的設計值更小。

5 結語

鑒于濕陷性黃土會存在土質下沉不利影響，因此需要對其采取地基處理。本文通過結合某道路施工建設項目，針對該工程存在濕陷性黃土區段，提出采取在地基加固中增加采用水泥土擠密樁方案。從本工程實施效果表明，經處理后的黃土濕陷性問題得到有效消除，同時從沉降監測結果表明，工后沉降滿足規范要求，表明本工程地基處理方案可行，可在同類工程中應用。

[1] 冀玉梅．淺析擠密樁復合地基在濕陷性黃土地基處理中的應用[J].信息化建設，2016(5)：18-20.

[2] 金 銘.灰土擠密樁復合地基處理濕陷性黃土地基[J].洛陽工業高等專科學校學報，2011(1)：27-29.

[3] 王長虹,楊有海.灰土擠密樁在濕陷性黃土路基中的應用[J].蘭州交通大學學報，2004(7)：78-81.

Application of compaction pile composite-foundation in collapsible loose foundation treatment

Zhang Dingmao

(ShanxiAcademyofSurvey&Design,Taiyuan030013,China)

Due to collapsible settlement, there is an adverse effect on the project in the collapsible loess area，so in order to eliminate collapsibility, an effective ground treatment method should be adopted. One the one hand, combining with an engineering example, this paper expounds the effective treatment effect of compaction pile in collapsible loess area. On the other hand, the reinforcement mechanism of composite foundation with compacted piles and the settlement difference after treatment are briefly discussed. I hope it can be used as a reference to similar projects.

collapsible loess, foundation treatment, composite foundation with compacted piles

1009-6825(2017)22-0086-02

2017-05-26

張定茂(1972- )，男，助理工程師

TU473.1

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