孔內深層強夯法處理大厚度濕陷性黃土地基的試驗研究

王義強

中鐵六局集團有限公司 北京 100036

濕陷性黃土是一類非飽和欠壓密土[1]，由于具有大孔隙和垂直節理的微觀結構，故當遇水浸濕時，在荷載或自重的作用下，土體結構發生破壞，會出現不同程度的濕陷變形，對建筑物有極大危害。由于濕陷性黃土在我國廣泛分布[2]，故對于選址于黃土丘陵地區，尤其是布置在溝壑地帶含水量低的自重濕陷性黃土上的建筑物，往往需要充分考慮黃土地基的濕陷性和處理方法。隨著建筑物體量和規模的增大，大厚度自重濕陷性黃土場地地基處理的深度越來越大，處理難度也越來越大。

孔內深層強夯法[3]（DDC法）是通過重錘對孔內深層填料進行夯擊，具有處理深度大和擠密效果均勻等優勢，對大厚度的自重濕陷性黃土的處理相較其他方法有很大的優越性，能有效消除地基濕陷性[4]，擠密深層土體，達到提升地基承載力的作用。

本文以山西大學某公用建筑物大厚度濕陷性黃土地基處理為例，試樁試驗通過增濕處理和DDC法成樁的多工序組合的水泥土樁進行處理，確定合理樁間距，形成剛度均勻的復合地基。

1 工程概況

擬建的山西大學東山校區某公用建筑物，位于山西省太原市小店區老峰村東側，光明東街以北，牛黃線以西。本工程擬建場地現狀絕對高程為874.95～888.07 m，北高南低，地形起伏較大。地貌單元為黃土丘陵，處于Ⅳ級（很嚴重）自重濕陷性場地[5]，基礎施工前需要進行地基處理。

工程場地抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第二組。本場地建筑場地類別為Ⅲ類，場地現狀高差較大，東南部存在一條沖溝。本公用建筑物共地上4層，采用框架結構，基礎形式為筏板基礎。

2 試驗方案

地基處理采用超長錘擊沉管水泥土擠密樁。水泥土樁樁徑600 mm，等邊三角形布置。填料選用水泥∶土＝1∶9的水泥土拌和。填料中的土料宜選用粉質黏土，土料中的有機物含量不應超過5%，且不得有凍土、渣土、垃圾和垃圾土，土顆粒不應大于15 mm，水泥應選用P·O 32.5水泥。

現場試驗分3組進行，每組試樁樁數為19根，3組共計57根。第1組（S1）、第2組（S2）試樁樁距1 300 mm，均采用梅花狀布樁，有效樁長為25 m。第3組（S3）試樁樁距1 400 mm，梅花狀布樁，有效樁長為25 m。

試驗要求擠密后3個孔之間的土平均擠密系數不宜小于0.93，3個孔之間的最小擠密系數不宜小于0.85。處理后的水泥土擠密樁復合地基承載力特征值要求不得小于150 kPa。

3 現場試驗施工

3.1 施工準備

1）進行試驗區施工放樣。

2）提前進行水泥土拌和準備。

3）由于現場濕陷性黃土為低含水量濕陷性黃土，故提前進行各試驗區的增濕用水量計算并進行施工用水、增濕施工準備。

4）現場成孔、成樁設備與人員準備。

3.2 現場施工

3.2.1 增濕試驗

由于第2層濕陷性粉土及第3層濕陷性粉土上部含水率過低，故成孔前需要對土層進行增濕，以保證擠密效果。

現場按每個試驗區為一個單元格進行增濕，每個試驗區增濕總用水量根據本試驗區平均天然含水量和最佳含水量的差值進行計算。

試驗區增濕成孔采用沉管成孔，孔徑150 mm，成孔深度小于擠密樁深度2 m，布點采用等邊三角形布置，增濕孔孔距宜根據增濕用水量確定，可選擇為水泥土擠密樁樁間距的1.5～2.0倍。

增濕孔成孔后，孔內填入粒徑5～10 mm的礫石，以防增濕過程中坍孔影響增濕效果。

各試驗區注水時間和注水量應保持在20 cm的水頭、漫灌式沁水，每個試驗區注水滲透時間為3～5 d，增濕后含水率應控制在14%～18%，即接近最佳含水量。

3.2.2 水泥土擠密樁成孔

水泥土擠密樁成孔采用高塔架錘擊沉管擠密樁設備，成孔直徑為500 mm，成樁時通過二次夯擴達到成樁直徑不小于600 mm。水泥土擠密樁成孔后，二次夯擴采用DDC工法分層夯實，進行成樁。

1）DDC樁機就位，夯錘對準樁孔中心，夯錘采用質量不小于1.6 t的柱錘。

2）將夯錘提升至預定高度后，自由落下進行孔底夯實。

3）采用充分拌和的水泥土填料進行回填，每次填料量不大于0.18 m3。

4）分層回填，分層夯實至樁頂處。

5）處理深度25 m，使樁端進入第4層粉土層。

4 試驗檢測結果

4.1 單樁復合地基承載力特征值評價

單樁復合地基靜載試驗p-s曲線均為緩變型。單樁復合地基靜載荷試驗結果如表1所示。

表1 單樁復合地基靜載荷試驗結果

根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》規定，3組試驗S1、S2、S3單樁復合地基承載力特征值均為160 kPa，滿足設計要求。

4.2 水泥土樁樁間土試驗

1）擊實試驗。擊實試驗方法為輕型擊實，所使用的儀器為JDS-1型電子數控擊實儀（J24）。擊實試驗結果為：樁間土最優含水量為16.6%，最大干密度為1.71 g/cm3。

2）樁間土濕陷性。根據探井T1—T5（T1、T2樁間距為1 400 mm，T3—T5樁間距為1 300 mm）每隔1.0 m所取土樣進行的濕陷性試驗，T3—T5探井深度范圍內所取土樣濕陷均消除。T1、T2探井深度范圍內所取土樣個別點濕陷未消除。

3）樁間土平均擠密系數。探井T1—T5的樁間土平均擠密系數分別為0.94、0.94、0.95、0.95、0.95。

4.3 試驗小結

4.3.1 試樁樁間距1 300 mm（一組、二組）

1）根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》規定：S1、S2單樁復合地基承載力特征值均為160 kPa，滿足試驗要求。

2）根據T3—T5探井每隔1.0 m所取土樣進行的濕陷性試驗，T3—T5探井深度范圍內所取土樣濕陷均消除。

3）樁間土的平均擠密系數為0.95，達到試驗要求。

4.3.2 試樁樁間距1 400 mm（三組）

1）根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》規定：S3單樁復合地基承載力特征值為160 kPa，滿足試驗要求。

2）根據T1、T2探井每隔1.0 m所取土樣進行的濕陷性試驗，T1、T2探井深度范圍內所取土樣個別點濕陷未消除。

3）樁間土的平均擠密系數為0.94，滿足試驗要求。

5 結語

結合3個試驗區的試驗結果，試樁樁間距1 300 mm與試樁樁間距1 400 mm的單樁復合地基承載力特征值均為160 kPa，均滿足試驗要求；試樁樁間距1 300 mm樁間土的平均擠密系數為0.95，試樁樁間距1 400 mm樁間土的平均擠密系數為0.94，均滿足試驗要求；試樁樁間距1 300 mm探井深度范圍內所取土樣濕陷均消除，試樁樁間距1 400 mm探井深度范圍內所取土樣個別點濕陷未消除。綜上判定，整體采用樁間距1 300 mm、樁徑600 mm的水泥土擠密樁效果較好。

針對本工程建筑物含水量低、超厚Ⅳ級自重濕陷性黃土的整體地基，在提前增濕后，通過采用超長沉管成孔、DDC法二次夯擴成樁的水泥土擠密樁處理工藝，取得了良好的地基處理效果，保證了施工質量。