高能級強夯處理濕陷性黃土后的樁基實踐研究

【摘要】在深厚濕陷性黃土上進行12000kN.m能級強夯處理，進行樁基的浸水與不浸水靜載荷實驗，通過對測得的P-S， - 等曲線的分析，得出了處理后的黃土層上樁基的承載規(guī)律，為設(shè)計、施工、檢測提供參考數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】濕陷性黃土;地基處理;強夯; 樁;承載力;荷載傳遞規(guī)律

1、概述

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大型的重工業(yè)項目比如煉油廠，鋼鐵廠等在黃土地區(qū)的逐漸興起。其上部形成的大面積的集中荷載要求地基不僅僅要有足夠的承載力，而且還要有較小的沉降。高能級強夯能不僅能提高黃土地基承載力和消除黃土的濕陷性，使樁基滿足承載力高和沉降小的要求，同時能有效的減少工程用樁的長度。筆者實測了在豎向荷載作用下的承載力和沉降曲線，通過埋設(shè)在樁身的應(yīng)力測試元件，測試了樁基的荷載分布規(guī)律，探討了強夯后的黃土地基中樁的承載特性。分析結(jié)果表明，強夯后的黃土地基中的樁基有著獨特的性質(zhì)，本次試樁試驗所得樁的工作特性和規(guī)律將會對未來的強夯區(qū)樁基施工和設(shè)計提供一些的經(jīng)驗和參考。[1] [2] [3] [4]

2、夯實前后場地工程地質(zhì)條件

本次實驗場地所在屬半干旱內(nèi)陸性季風(fēng)氣候區(qū)，地下水埋深一般為29.5m～33.5m左右。鉆孔最大揭示深度40m，揭示地層13層，第一層粉質(zhì)粘土（黑壚土）為Q4;第二、第三、第四層粉質(zhì)粘土（馬蘭黃土）為Q3;第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三層粉質(zhì)粘土（離石黃土上段）為Q2?？碧綀鰠^(qū)，濕陷性黃土的濕陷程度由上向下逐漸減弱，一直漸變?yōu)榉菨裣菪渣S土。濕陷性黃土的底界埋深16m左右，包含的地層為②、③、④、⑤粉質(zhì)粘土，場地黃土的濕陷等級為Ⅱ級，濕陷類型為自重濕陷性黃土。根據(jù)標準貫入、靜力觸探及靜載結(jié)果來看，參考土工試驗成果，強夯的有效加固深度為11m。

3、設(shè)計要求

3.1設(shè)計參數(shù)

根據(jù)設(shè)計要求，最大加載量根據(jù)錨樁所能提供反力確定。試樁以第八層粉質(zhì)粘土為持力層，樁身混凝土強度等級C30。試樁類型為混凝土灌注樁。

3.2實驗要求

樁基靜載荷試驗方法分為不浸水試驗和浸水試驗，加載方式采用慢速維持荷載法。確定試樁的極限承載力可按下列方法之一進行[5]：

（1）對于陡降型 - 曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點對應(yīng)的荷載值;

（2）在 - 曲線中取曲線尾部明顯向下彎曲的前一級荷載;

（3）對于緩變型 - 曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取 =40mm對應(yīng)的荷載值;

（4）加載終止條件為已達到樁身材料的極限強度以及試樁頂出現(xiàn)明顯破壞現(xiàn)象時，可取終止荷載的前一級荷載。

3.3試樁條件

（1）試樁在樁頭澆筑完成28天后進行。

（2）試樁樁頂按方案要求進行處理并保持完好。對樁頂標高低于自然地面，開挖樁頂以上部分土。

（3）試驗進行期間，試樁區(qū)域無沖擊、振動等影響。

（4）本次豎向抗壓靜載試驗，由于受錨樁鋼筋限制，試樁均未加載至破壞，且終止試驗時，各試樁頂總沉降均小于40mm，其 - 曲線尾部也均未出現(xiàn)明顯向下彎曲，因此，各試樁單樁豎向抗壓極限承載力均按最大試驗荷載值確定。

3.4內(nèi)力測試埋點

試驗主要通過預(yù)先埋設(shè)樁身埋設(shè)傳感器，測試其在靜載荷試驗過程中樁側(cè)摩阻力分布，端阻力的變化情況。埋設(shè)時，在設(shè)計好的位置斷開主筋，用鋼筋應(yīng)力計替換焊接。讀數(shù)導(dǎo)線隨鋼筋籠主筋引至地面。應(yīng)力計連接桿直徑與鋼筋主筋相同，在埋設(shè)位置截斷主筋用鋼筋應(yīng)力計置換。本次共埋設(shè)162個鋼筋計，最終試驗?zāi)軌虻玫綌?shù)據(jù)的成活鋼筋計157個。

4、承載力和沉降實驗成果

表1抗壓試樁靜載試驗結(jié)果統(tǒng)計表

從靜載試驗加載量和變形對比曲線來看，得到本次強夯后黃土地區(qū)試樁的承載力和沉降的一些規(guī)律和結(jié)論：

（1）本次試樁的沉降較小，S800試樁沉降平均在4.5mm，S600試樁沉降平均在5.5mm，比本地區(qū)同等條件下的樁沉降小的得多。浸水試樁變形量曲線稍微比非浸水試驗陡，沉降量大1.0mm左右，但總體差別不是很大，說明本場地經(jīng)高能級強夯處理后，黃土的沉降明顯減小。

（2）樁基的承載力和變形特性方面均勻性較好。從靜載試驗結(jié)果來看，抗壓靜載試驗和抗拔靜載試驗均未加載到破壞狀態(tài)（由于錨樁配筋限制，試驗未做到試樁的極限值），S800試樁抗壓承載力特征值在2250～2475kN之間，S600試樁抗壓承載力特征值為2000kN。樁還有繼續(xù)承載的潛力，與天然黃土樁基的承載力相比，強夯后單樁的承載力明顯提高。

5、內(nèi)力測試結(jié)果

在得到內(nèi)力測試數(shù)據(jù)之后，我們就可以根據(jù)樁身內(nèi)力測試結(jié)果，計算抗壓試樁的樁側(cè)摩阻力與樁端阻力關(guān)系見圖

結(jié)論：

通過本次試樁，可以得到荷載傳遞的一些規(guī)律和結(jié)論

（1）從上面的圖標可以看出，兩組6根試樁端樁阻力分擔(dān)比最大在10.0%左右，側(cè)阻力未充分發(fā)揮，端阻力所占比例較小，可以看出樁基的承載力還有一定潛力。

（2）從樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮曲線土可以看出，樁的側(cè)摩阻力發(fā)揮呈現(xiàn)出多峰值效應(yīng)。通過靜力觸探，發(fā)現(xiàn)本次12000kN.m強夯對樁側(cè)上部土層的摩阻力提高效果顯著，這個效果隨深度逐漸變小。內(nèi)力測試數(shù)據(jù)也表明在土中上部出現(xiàn)了峰值，從而驗證強夯后樁的荷載分布特性 [6]。

（3）強夯造成地表淺層結(jié)構(gòu)破壞，有效加固深度范圍內(nèi)濕陷性消除，中上部摩阻力極限值提高最大。在不浸水試驗中樁的摩阻力發(fā)揮需要的位移比其他土層較大，因此在其他土層的摩阻力得到發(fā)揮的時候，其值還是很小，發(fā)揮較差。而浸水試驗整個加載的過程中，樁的中上部土的摩阻力一直較大，負擔(dān)了樁的主要荷載，使得沉降較小，沒有像普通浸水試樁那樣因沉降多大而造成較大的負摩阻力[7]。

（4）結(jié)合本場地室內(nèi)土工試驗的物理力學(xué)參數(shù)，綜合靜載試驗、樁身內(nèi)力測試和靜力觸探結(jié)果[8]，提出夯后樁側(cè)摩阻力和端阻力標準值見表2。

參考文獻：

[1]王鐵宏.全國重大工程項目地基處理實錄，中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]薛玉，韓曉雷，水偉厚，詹金林.8000kN·m能級強夯處理濕陷性黃土實踐研究.水利與建筑工程學(xué)報，2008，6（2）：8～10.

[3]薛玉，強夯后黃土地基中樁的承載特性研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2009.

[4]王鐵宏，水偉厚，王亞凌，等.10000 kN·m高能級強夯時的地面變形與孔壓試驗研究.巖土工程學(xué)報，2005，27（7）：759～762.

[5]中華人民共和國行業(yè)標準.建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）.北京：中國建筑工業(yè)出版，2008.

[6]張展弢.黃土地區(qū)單樁豎向承載力與沉降特性研究[D].西安理工大學(xué)，2003.

[7]刑心魁.黃土地基中旋挖成孔灌注樁荷載傳遞函數(shù)規(guī)律及沉降特性研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2000.

[8]羅汀，姚仰平.黃土地基中工程樁摩阻力發(fā)揮值的變化特性[J].工業(yè)建筑，工業(yè)建筑，2002，32（12）：20-23.

作者簡介：

薛玉，男，1981年出生，山東青島人，工程師，主要從地基處理，邊坡和基坑支護，地基檢測等方面的工作和研究。