談鉆孔夯擴擠密樁在太原東山黃土地區的應用

解 志 浩

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

1 概述

濕陷性黃土是我國分布較廣泛的區域性特殊土，由于其特有的結構特性，使濕陷性黃土在受水浸濕和力的作用條件下會產生較大的附加變形，從而對建筑的正常使用產生不利影響。濕陷性黃土地基處理的目的主要在于改善土的物理力學性質，消除或減少地基因偶然浸水而造成的濕陷變形。在濕陷性黃土地區常用的地基處理方法有墊層法、強夯法、擠密法、預浸水法和化學加固法，對于處理深厚黃土則主要采用擠密法進行處理。傳統的擠密法成孔方法主要采用沖擊、沉管等方法，由于受到地基土層和施工機具的限制，處理深度一般為5 m～15 m。而鉆孔夯擴擠密樁采用長螺旋鉆鉆孔，圓錐形重錘分層夯實填料，處理深度可達25 m～30 m。

2 處理原理

鉆孔夯擴擠密樁是在土擠密樁基礎上改進的樁型，采用長螺旋鉆成孔，填料可采用土、灰土、水泥土、干硬性混凝土等，分層填料，用不小于1.5 t的重錘(錘尖角度約30°)進行分層夯實夯擴，使樁徑由成孔直徑夯擴達到設計直徑，從而改善樁間土力學性能，使處理后的夯擴樁與擠密的樁間土共同承擔上部荷載。

3 處理特點

1)由于采用長螺旋鉆成孔，相比傳統成孔工藝(沖擊、沉管)，處理深度增加，施工速度提高，成樁樁徑增大，施工噪聲和振動降低。

2)采用長螺旋鉆機也比傳統成孔機具容易穿過黃土中普遍存在一些硬夾層(卵礫石夾層、姜石夾層)或局部含水率偏高地層。

3)根據地基處理的目的和要求，選用不同的樁體材料，使該種地基處理方法應用范圍更加廣泛。

4 工程實例

4.1 工程概況

太原東山某工程，地上17層，地下2層，框架剪力墻結構，筏板基礎，要求地基承載力特征值達到350 kPa，同時消除地基土濕陷性。

4.2 場地工程地質條件

勘察期間勘察深度范圍內未見地下水。

4.3 設計方案

根據勘察報告，本場地為自重濕陷性場地，地基濕陷等級為Ⅲ級，濕陷厚度約22 m。濕陷性黃土的主要物理力學指標如下：天然含水量ω=8.2%～15.3%，天然重度γ=13.8 kN/m3～15.9 kN/m3,孔隙比e=0.975～1.245，壓縮系數a1-2=0.35～0.58，濕陷系數δ=0.029～0.087。

根據GB 50025—2004濕陷性黃土地區建筑規范,本建筑為甲類建筑，應消除全部濕陷量或采用樁基礎穿透全部濕陷性黃土層。因本場地存在深厚濕陷性黃土層，且為自重濕陷性場地，如采用鋼筋混凝土灌注樁基礎，上部約20 m厚黃土遇水后將產生向下作用的負摩阻力，采用此方案樁長較長，工程造價高，經討論確定采用鉆孔夯擴擠密樁復合地基進行處理，填料采用體積比1∶4水泥土。成孔直徑400 mm，采用2.3 t重錘夯擴至550 mm，有效樁長22 m，樁距1 m，正三角形布樁，要求水泥土立方體試塊在標準養護條件下90 d齡期的抗壓強度不小于2.5 MPa，孔內填料壓實系數平均值不小于0.97，單樁豎向抗壓承載力特征值不小于175 kN,復合地基承載力特征值不小于350 kPa。

4.4 試樁檢測

施工前先在場地外側布置三組試樁，共21根，試樁施工完成后28 d進行試樁，根據設計要求共布置3根單樁豎向抗壓靜載荷試驗；3組單樁復合地基靜載荷試驗；探井3個，井深22 m。

1)根據3根單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果，最大加載量400 kN,沉降達到相對穩定標準，三根試樁的最大沉降量分別為10.21 mm,12.35 mm,9.32 mm，其荷載—沉降曲線呈緩變型，取最大加載量400 kN為該3根試樁的單樁豎向抗壓極限承載力，相應的單樁豎向抗壓承載力特征值200 kN。

2)根據3組試樁的單樁復合地基靜載荷試驗結果，最大加載壓力750 kPa，沉降達到相對穩定標準，3組試樁復合地基的最大沉降量分別為28.31 mm,19.75 mm,30.23 mm，其壓力—沉降曲線呈緩變型，按相對變形值s/d=0.008(即s=8.4 mm)對應的荷載值分別為393 kPa,415 kPa,385 kPa，均大于最大加載壓力的1/2，取最大加載壓力的1/2即375 kPa為該3組試樁的單樁復合地基承載力特征值。

3)根據3個探井分別在3組試樁形心位置在樁長深度范圍沿深度間隔1 m取樣室內土工試驗結果，其濕陷系數δ均小于0.015，消除了濕陷性。

4)根據在3組試樁形心位置布置標準貫入試驗孔試驗結果，處理后第②濕陷性粉土層的實測標準貫入平均擊數12.2擊，第③濕陷性粉土層的實測標準貫入平均擊數16.3擊。是處理前土層的實測標準貫入擊數1.5倍～1.7倍。

5)施工完后對工程樁按規范進行相關檢測，該工程水泥土樁單樁豎向抗壓承載力、復合地基承載力、樁間土的濕陷性檢測均達到設計及相關規范的要求。

4.5 建筑沉降觀測

根據該建筑從基礎施工開始至竣工的沉降觀測結果，其最大沉降量19.26 mm，最小沉降量15.74 mm，平均17.88 mm，沉降均勻，滿足規范和使用要求。

5 結語

根據本工程的處理結果，可知鉆孔夯擴擠密樁具有以下優點：

1)可以處理深達25 m～30 m的深厚濕陷性黃土層，消除黃土濕陷性，提高樁間土的物理力學性能，施工速度較快，地層適應能力較強，施工噪聲低。

2)可根據設計要求，采用不同的樁徑、樁距、樁體材料達到不同的處理目的，適用范圍較廣。

3)通過充分利用和發揮原有地基土的承載力，結合增強體共同作用，達到提高承載力，減少建筑沉降的目的，從而降低了建筑造價，具有較好的經濟效益。

總之，鉆孔夯擴擠密樁是一種行之有效的地基處理方式，尤其在深厚黃土濕陷地區，針對小高層建筑地基處理的優勢更加突出。