夯實水泥土樁在濕陷性黃土地區(qū)高層建筑中的應(yīng)用

趙丹

（中化二建集團(tuán)有限公司山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

濕陷性黃土主要分布在我國的華北中部和西北地區(qū)，具有遇水容易濕陷、失去承載力的特點。黃土地基的處理目標(biāo)主要就是消除土體的濕陷性問題或者降低濕陷性問題，采取措施提高地基的承載力以及土體的壓縮模量，因此合理使用夯實水泥土樁進(jìn)行處理，能夠較好地防止地基產(chǎn)生變形等問題的發(fā)生（如圖1所示）。夯實水泥土樁的施工指的是采用機(jī)械設(shè)備或者人工開挖的方式進(jìn)行開孔處理，然后對需要填入的材料進(jìn)行水泥與土料之間的配比計算，將填充料拌合均勻后填入孔洞，然后進(jìn)行分層回填以及夯實處理，形成增強(qiáng)體。這樣處理完之后的復(fù)合地基能夠很好地承載上部傳遞來的荷載，樁間土能夠形成擠土效應(yīng)，消除土體的濕陷性。

1 水泥土樁的設(shè)計

1.1 樁間距的設(shè)計

在夯實水泥土樁的設(shè)計階段，施工單位應(yīng)當(dāng)高度重視樁間土所產(chǎn)生的濕陷性消除問題，濕陷性消除與樁間距離的關(guān)系較為緊密，因此必須對樁間距進(jìn)行計算，依據(jù)國家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，采用科學(xué)的公式，精確計算出樁間距。

1.2 地基承載力的計算

在樁間距計算完畢之后，還需要對其進(jìn)行優(yōu)化，主要遵循的原則就是在能夠滿足樁間土的濕陷性消除條件的前提下，對單樁的承載力進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合復(fù)合地基的設(shè)計承載力提高土體的置換率并降低樁間距。一般來說單樁的承載力需要改變配合比與樁體材料來實現(xiàn)，在水泥土樁復(fù)合地基的設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)在樁頂?shù)奈恢梅胖貌坏陀?00mm 的水泥土墊層，寬度的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)大于地基處理的寬度數(shù)值。夯實水泥樁所采用的材料不應(yīng)當(dāng)采用早強(qiáng)類型的水泥，而是應(yīng)當(dāng)采用普通的硅酸鹽水泥，提供穩(wěn)定的強(qiáng)度。

圖1 水泥土樁

2 工程的實際案例分析

某工程的場地為黃土地區(qū)，地下水埋深為20～22m，工程的主體結(jié)構(gòu)為地下1 層，地上22 層，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑基底的壓力為400KPa，基礎(chǔ)的埋深為8.0m，基礎(chǔ)尺寸為45m×28m。建筑為加急建筑，場地的濕陷性為II 級。

2.1 地基的處理方案

根據(jù)本工程的特點，設(shè)計了兩種地基處理方案：第一種為采用水泥土（體積比1:4 的水泥和土），采用擠密法施工來提高土體的承載力和壓縮模量，工藝為沉管成孔，二次夯擴(kuò)，樁直徑采用45cm，樁長為11m，三角形布樁，持力層為第6 層。第二種為素土擠密樁與CFG 樁同時布置，樁直徑采用40cm，樁長不變，三角形布樁，樁距為900mm×780mm，CFG 樁長設(shè)置為20m，直徑40cm，正方形布樁，間距為1.5m，持力層為第8 層。

2.2 不同方案比較

2.2.1 承載力比較

根據(jù)不同的方案對處理后的復(fù)合地基承載力進(jìn)行計算，fak通過試驗獲得，為350kPa，第一種方案經(jīng)過深度修正計算可以得到地基承載力為465kPa，復(fù)合地基的承載力主要取決于夯實水泥土自身的樁基強(qiáng)度。樁身強(qiáng)度控制的水泥土樁的承載力為夯實水泥土立方體的抗壓強(qiáng)度fcuAp/4，fcu 一般能夠達(dá)到5MPa，因此可以計算得出單樁承載力特征值200kN，根據(jù)公式可以計算fspk=mRa/Ap+β（1-m）fak=410kPa。第二種方案中第3 圖層的素土擠密后fak 能夠達(dá)到180kPa，按照1.5m 的樁距進(jìn)行計算，側(cè)阻力選擇60kPa，可以得到復(fù)合地基承載力為450kPa。

2.2.2 沉降量和下臥層強(qiáng)度計算

第一種方案的壓縮模量為23MPa，沉降計算的經(jīng)驗系數(shù)可以采用0.2，經(jīng)過計算可以得知中點的沉降計算值為49mm，角點的沉降計算為20.5mm，因此總沉降量為34.8mm，樁端位于第6 圖層，地基規(guī)范公式Pz+Pcz=446KPa<693，下臥層的承載力也滿足規(guī)范要求。第二種方案的中點沉降計算值為40mm，角點的沉降為17.3mm，因此總沉降量為28.8mm，下臥層的強(qiáng)度也滿足地基規(guī)范的要求。經(jīng)計算，兩種方案的整體撓度都不大于0.05%，因此總沉降量滿足地基規(guī)范要求。

2.2.3 工期以及處理費用的對比

第一種方案只有一種樁，因此容易完成，根據(jù)實際工程情況結(jié)合工程經(jīng)驗對實際經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行比較，可以明確看出。首先工期方面，素土+CFG 樁的工期由于涉及兩種設(shè)備，因此工期要比水泥土樁增加大約3 個月，而且在滿足設(shè)計要求的情形下，明顯素土+CFG 樁后期需要檢測項目更多。兩種技術(shù)通過計算可以看出均滿足地基承載力與變形的要求，但是水泥擠密樁的變形要比素土+CFG 樁的方案大一些，因此，采用水泥擠密樁的方案更加經(jīng)濟(jì)，能夠節(jié)約一定的處理費用并節(jié)約一定的工期，綜合考慮選擇第一種方案進(jìn)行地基處理。

3 處理實際效果

在施工完畢之后，依據(jù)相關(guān)的檢測規(guī)范選擇檢測內(nèi)容，如表1所示。

通過靜載試驗、濕陷性檢測、樁身壓實系數(shù)以及樁間土擠密系數(shù)的檢測，以及地基變形的檢測可以發(fā)現(xiàn)：采水泥土樁進(jìn)行處理能夠滿足相關(guān)地基處理的要求。

表1 地基檢測的相關(guān)內(nèi)容

靜載試驗共檢測10 個點，相關(guān)的數(shù)據(jù)如表2 所示，不同試驗點的承載力特征值平均值為350kPa，深度修正后為465kPa。

表2 地基處理前后承載力特征值對比

通過濕陷性檢測，發(fā)現(xiàn)樁身水泥土的夯實系數(shù)平均值為0.98，也滿足不小于0.97 的要求，并采取396 的土樣對樁間土的平均擠密系數(shù)進(jìn)行計算，能夠算出平均值為0.93。

4 沉降觀測

地基處理完成后，對各期的沉降觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與分析，可以得到工程的最大沉降量為26.8mm，最小的沉降量為18.2mm，平均沉降量為22.5mm，最后100d 的沉降速率低于規(guī)范規(guī)定，樓體無超過規(guī)范限制的傾斜值。

5 結(jié)語

通過分析，可以發(fā)現(xiàn)夯實水泥土樁能夠消除濕陷性黃土的濕陷性，提高地基的承載力與壓縮模量，滿足高層建筑對地基承載力與變形的要求，采用水泥土樁地基的變形較大，但是也能滿足規(guī)范要求。采用夯實水泥土樁較為經(jīng)濟(jì)，能夠節(jié)約工期和處理費用，適于推廣應(yīng)用。