太原東山黃土特征及螺旋靜壓沉管擠密處理方法的應用探討

慕鳳林

太原市建筑設(shè)計研究院巖土所（030002）

0 前言

山西省太原市東山地區(qū)發(fā)育較厚的黃土，多為Q3紀馬蘭黃土，是在典型的干旱、半干旱氣候條件下形成的，天然狀態(tài)下具有一定黏聚力，但一旦受水浸濕后，在一定的壓力下，土的結(jié)構(gòu)迅速被破壞，形成明顯的沉降變形。

根據(jù)所收集的資料，東山黃土主要分布在柏楊樹、澗河、享堂新村、敦化坊、小棗溝、剪子灣、凱旋街、馬道坡、五龍口、傘兒樹、王家峰、東太堡、店坡村一線，伴隨地勢變化，黃土厚度也有所差別，沖溝內(nèi)黃土厚度較小，臺地黃土厚度較大，局部厚度接近30 m。

1 太原東山濕陷性黃土的特征

含水率較低，上部黃土的含水率介于5%～25%，其大小與場地的地下水位深度、降雨量及土層深度有關(guān)，含水率約10%的占80%。

干密度較小，黃土的干密度介于1.1～1.8 g/cm3，小于1.5 g/cm3的占90%以上。

孔隙比較大，黃土的天然孔隙比變化范圍介于0.80～1.20，大多數(shù)在1.0～1.1。隨著深度的加大，孔隙比逐步變小。

濕陷性較大，黃土的濕陷系數(shù)在0.015～0.170，自重濕陷系數(shù)在0.015～0.145。大多數(shù)為自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為III～IV級。

2 太原東山濕陷性黃土地基的擠密處理方法應用探討

太原東山地區(qū)的黃土大面積分布，所以其研究價值也相對較高。當?shù)氐慕ㄖ锏鼗幚沓Ｓ梅椒ㄒ草^多，如強夯法、墊層法、灰土擠密樁法、孔內(nèi)深層強夯法等，這些方法在東山地區(qū)頗為常用。其中擠密法在當?shù)卮罅渴褂?，該方法可消除濕陷性，對于地基土的承載力提高也具有很大幫助。文章對太原東山濕陷性黃土地基螺旋靜壓沉管擠密處理方法的應用進行了探討。

擠密樁處理方法是目前東山地區(qū)非常成熟的一種濕陷性黃土場地處理方法，其處理原理就是在成孔過程進行橫向擠壓處理。該工法優(yōu)點在于處理了土層的濕陷性問題，在對土體承載力提升方面也具有一定利好。該工法缺點在于，在處理后將復合地基承載力控制在250 kPa左右，不適用于對高層或超高層建筑的地基處理。一般情況下，擠密樁的處理深度會控制在5～20 m，對設(shè)備限制較大。在沖擊成孔過程中噪聲較大，對周邊居民影響較大[1]。

在山西省太原市迎澤區(qū)，南內(nèi)環(huán)東街以南、迎澤區(qū)人民醫(yī)院及王家峰小區(qū)以西，雙塔南巷南北兩側(cè)的一個項目采用了螺旋靜壓沉管擠密處理方法。

該項目黃土呈褐黃色，含云母、煤屑、氧化物、鈣質(zhì)菌絲、鈣質(zhì)結(jié)核等，可見蟲孔，局部夾有濕陷性粉質(zhì)黏土，稍濕，稍密，中～高壓縮性。含水率介于10%～15%，其大小與場地的地下土層深度有關(guān)，平均含水率約12%。干密度介于1.4～1.65 g/cm3，平均值為1.5 g/cm3。天然孔隙比變化范圍介于0.85～1.10，平均值為1.0。隨著深度的加大，孔隙比逐步變小。濕陷性較大，黃土的濕陷系數(shù)在0.015～0.115，自重濕陷系數(shù)在0.015～0.085，為自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅱ級。天然地基承載力特征值100 kPa。

本工程采用靜壓成孔重錘夯實擠密樁消除場地濕陷性。成孔時樁孔原有位置土體被強制側(cè)向擠壓，樁周一定范圍內(nèi)的土層相互疊加擠密，密實度提高。施工成孔鋼管壓入黃土層時，樁管周圍地基土受水平擠壓作用，管周圍一定范圍內(nèi)的土在水平各個方向產(chǎn)生位移，減小孔隙率，增加密實度，消除濕陷性。在擠密樁成樁后，由于樁的變形模量遠大于樁間土的變形模量及樁間土側(cè)向約束作用，從而降低樁間土的側(cè)應力，限制土的側(cè)向擠壓力，使地基更加穩(wěn)固。在擠密樁與地基土的共同作用下，剛度較大的樁體受到較大的附加應力，消除了持力層內(nèi)大量的壓縮變形和濕陷變形的不利因素[2]。而且該工藝噪聲較小，對周邊環(huán)境影響較小，在城區(qū)也可以采用。

設(shè)計要求擠密樁樁徑為560 mm，樁間距1.3 m，正三角形布置，總樁數(shù)23 548根，靜壓成孔重錘夯實擠密樁孔內(nèi)的填料采用素土，孔內(nèi)填料、樁頂墊層的壓實系數(shù)均不應小于0.97,樁間土最小擠密系數(shù)不宜小于0.88，平均擠密系數(shù)不小于0.93。重錘夯實工藝，重錘不小于1.5 t，填料前應空夯不小于8擊。消除濕陷性及提高承載力至160 kPa。

施工前在現(xiàn)場進行成孔、夯填工藝和擠密效果試驗，確定了分層填料厚度、夯擊次數(shù)和夯實后干密度等要求。履帶式打樁機為自行式，可直接駛?cè)肟拷@孔位并將鉆頭中心直接對準鉆位中心，在精確調(diào)整機架的垂直度后，將鉆頭精確定位，樁機就位對正樁位后調(diào)平，垂直與樁點成一線，成孔機械保持穩(wěn)定，垂直度偏差不大于孔深的2.5%，成孔中心偏差不超過樁徑的1/4，樁施工順序先外排后里排，同排內(nèi)間隔2孔進行，采取分段施工，以免因擠壓造成相鄰孔縮孔或坍孔。將帶有特制樁尖的鋼制樁管壓入土層中至設(shè)計深度，然后緩慢拔出樁管即成樁孔，成孔深度滿足圖紙要求，孔徑400 mm，成好一個孔用蓋板蓋一個孔，自檢并經(jīng)監(jiān)理驗收后成孔后應清底夯實、夯平，夯實次數(shù)不少于8擊，并立即回填素土。樁孔分層回填夯實，每次回填厚度為300 mm，重錘夯實工藝，一般落錘高度不小于2 m，每層夯實不少于10錘。施打時，逐層以量斗定量向孔內(nèi)下料，逐層夯實，均勻地向樁孔下料、夯實。樁頂高出設(shè)計標高15 cm，挖土時將高出部分鏟除。施工時對樁位偏差、垂直度、樁徑進行了檢查，均符合規(guī)范及設(shè)計要求[3]。

施工完成后，進行了第三方檢測，通過復合地基靜載荷試驗確定本工程擠密樁試樁復合地基承載力特征值是否滿足設(shè)計要求，承載力檢測試驗取樣為不少于總樁數(shù)的1%，且每項單體工程復合地基靜載試驗不應少于3點。

根據(jù)檢測報告試驗最終加荷至320 kPa，最終沉降均小于10 mm，載荷試驗點P～S曲線呈圓滑型，特征點不明顯，無明顯陡降段，按相對變形s/b=0.008所對應的承載力大于最大加荷值。根據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340—2015）第5.4.3條，按相對變形確定的承載力特征值不應大于最大加荷值的一半，因此取最大加荷值的一半160 kPa作為該檢測點的復合地基承載力特征值[4]。

通過探井取樣及室內(nèi)土工試驗，確定本工程擠密樁試樁樁體平均壓實系數(shù)及樁間土平均擠密系數(shù)是否滿足設(shè)計要求，并確定樁長深度范圍內(nèi)地基土濕陷性消除情況。探井采用人工挖掘，井壁刻取I級土樣，取樣間距1.0 m，平均干密度的取樣自樁頂向下0.5 m起，測點在距孔心2/3孔半徑處，樁體干密度取樣自樁頂向下0.5 m起。對所取探井樁間土樣均進行了雙線法測濕陷系數(shù)及濕陷起始壓力，并測定自重濕陷系數(shù)[5]。

在不同深度處取樁間土擾動樣若干，進行擊實試驗，測定最大干密度、最優(yōu)含水量。根據(jù)室內(nèi)擊實試驗數(shù)據(jù)，本工程素土最大干密度為1.81 g/cm3，最優(yōu)含水量為14.0%，樁體的平均壓實系數(shù)不小于0.97，樁間土的平均擠密系數(shù)不小于0.93，滿足設(shè)計要求。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗結(jié)果，本工程擠密樁處理范圍內(nèi)樁間土濕陷系數(shù)及自重濕陷系數(shù)均小于0.015，樁長深度范圍內(nèi)地基土濕陷性已經(jīng)消除。

3 結(jié)語

濕陷性黃土地基在處理過程可采用多種處理方法，充分考慮到太原東山地區(qū)黃土特征，確保質(zhì)量控制手段嚴密優(yōu)化，在滿足技術(shù)條件的同時，可采用螺旋靜壓擠密沉管的方法，最大限度滿足預期處理效果，同時達到環(huán)保要求。適應當?shù)丨h(huán)保狀況展開地基處理工作。