灰土挤密桩在湿陷性黄土地基处理中的应用

万涛英

（山西省地质勘查局217地质队水工环技术中心，山西 大同 037008）

大同市金海花园高层住宅楼位于典型的大同盆地西北部山前倾斜平原区，地势平坦。地层主要以第四系上更新统冲洪积为主。土质属Ⅰ－Ⅱ级非自重湿陷性黄土，承载力较差。为消除地基土的湿陷性，提高地基承载力，该工程地基处理加固采用灰土挤密桩。

1 灰土挤密桩的设计

1.1 定义及设计原理

灰土挤密桩是由素土、熟石灰按一定比例拌合，沉管挤土成孔，灰土分层夯填，与桩间土和垫层一起形成复合地基。即利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层并随之拔出，在土中形成桩孔，然后在桩孔中分层填入石灰土夯实而成灰土桩。它与夯实、碾压等竖向加密方法不同，属横向加密土层。施工中当套管打入地层时，管周地基土受到了较大的水平向挤压作用，使管周一定范围内的地基土的工程物理性质得到改善，其密实度增加、压缩性降低、湿陷性全部或部分消除。

1.1.1 承载力

湿陷性黄土地基经过土桩挤密之后，其工程物理性质发生了明显地变化，土桩与桩间挤密土由于工程物理性质相近，两者能较好的共同作用——合理分担荷载，即共同组成了所谓的复合地基，一般称为（灰）土桩挤密地基。

（灰）土桩挤密地基的容许承载力，根据P–S曲线上的拐点确定的比例界限所对应的荷载值或相对沉降量 s/b＝0.015－0.020所对应的荷载值，综合分析来确定（b为承压板宽度）。

1.1.2 桩孔直径

桩孔直径主要取决于施工机械的能力和地基土层的原始密实度。选择的桩径过小，桩数增加，这样就增加了打桩和回填的工作量；桩径过大，桩间土挤密效果不好，不能完全消除黄土地基的湿陷性，土的均匀性也差，同时要求成孔机械的能量也太大，振动过程对周围建筑物的影响大。总之，选择桩径应对以上因素进行综合考虑。

1.1.3 桩孔深度

挤密孔深度主要取决于湿陷性黄土层的厚度、性质以及成孔机械的性能。最小不得小于4～6 m，因为深度过小使用土桩挤密不经济。

对于非自重湿陷土黄土地基，其处理厚度应为主要持力层的厚度。即基础下土的湿陷起始压力小于附加压力和上覆土层的饱和自重压力之和的全部黄土层，或附加压力等于自重压力25%的深度处。

1.1.4 处理宽度

挤密（灰）土桩地基的效果也与处理宽度有关，当处理宽度不足时仍可能使基础明显下沉。根据现场浸水试验，挤密（灰）土桩的处理宽度采用以下数值较为安全：在非自重湿陷土黄土地区，挤密地基每边超出地基边缘的尺寸不小于0.3 m，对于土桩挤密来说则不得小于0.5 m。

1.1.5 桩孔的平面布置

布孔的基本原则是尽量减少未得到挤密的空白面积。因此，桩孔应尽量按等边三角形排列，这样可使桩间上得到均匀挤密。但有时为了适应基础几何形状的需要或需要减少桩数，也可以按正方形、梅花形布置。

1.1.6 桩距

挤密（灰）土桩地基的效果与桩距的大小关系极大。桩距大了桩间土的挤密效果不好，湿陷性消除不了，承载力也提高的不多；桩距太小桩数增加太多显得不经济，同时成孔时地面隆起，桩管打不下去，给施工造成极大的困难。因此，必须合理地选择桩距。选择桩距应以桩间挤密土能达到设计的密实度为准。要消除桩间土层的湿陷性，桩间土的最小干容重不得小于15 KN/m3。

1.2 设计参数

根据以上设计原理确定的设计参数为：桩长6.0 m，桩径0.5 m，桩距1.2 m，平面呈正方形布置，灰土配合比为体积比2∶8。处理长度51 m，宽度15.5 m，灰土桩共计24×8＝192根，总长1 926 m。桩体设计自然状态下无侧限抗压强度为：R28≥0.5 MPa，复合地基承载力为200 MPa（复合地基承载力标准值为2.0倍的天然地基承载力标准值），湿陷性完全消除。

2 灰土挤密桩的施工

2.1 施工准备

（1）进行图纸复核，编制施工方案，并对作业人员进行培训和技术交底。

（2）对施工现场进行平整，形成横坡，做好排水沟，保证排水畅通。

（3）根据工期要求，组织机械设备及人员进场，并配备测量及检测设备。

（4）平整好堆料场，选定取土场和石灰供应商，对选定的石灰和土进行原材料和土工试验，确定石灰土的最大干密度、最佳含水量等技术参数。

（5）做好施工场地的“三通一平”工作。

2.2 灰土挤密桩的施工

（1）备料，将土和石灰运至拌和场，如用生石灰，在拌和前7 d进行消解。

（2）每天施工前测定土和石灰的含水量，确保拌和后石灰土的含水接近最佳含水量。

（3）成孔施工。场地平整后，根据设计桩位图定出孔位；沉管机就位后，使沉管尖对准桩位，调平扩桩机架，使桩管保持垂直，用线锤吊线检查桩管垂直度。在成孔过程中，如土质较硬且均匀，可一次性成孔达到设计深度，如中间夹有软弱层，柴油机点火装置可能熄灭，需要人工辅助点火，反复几次才能达到设计深度；对地基含水量较大的地方，桩管拔出后，会出现缩孔现象，以致桩孔深度或孔径不够。对孔深不够的孔，可采取超深成孔的方式确保孔深；对孔径不够的孔，可采用洛阳铲进行扩孔，扩孔后及时夯填石灰土。

（4）灰土拌和。首先对土和消解后的石灰分别过筛，然后按灰土体积比2∶8进行配料拌和，在拌料场拌和3遍，运至孔位旁夯填前再拌和一次。

（5）夯填石灰土。夯填采用锤击夹杆夯实机，锤径28 cm，落距50～60 cm，锤重180 kg，每分钟夯击次数为42～45次。

夯填前测量成孔深度、孔径，作好记录。

夯填前先对孔底夯击4～5锤，每填入3 cm厚夯击不少于3锤，听到第三锤声音清脆，回弹明显，站在孔位旁有回音感觉，夯填连续进行，回填每米填料为0.186 m3左右，直到填满夯实为止。

2.3 质量技术保证措施

（1）每天施工前要对填料的含水量进行严格控制，含水量过大或过小都会影响夯填密实效果。

（2）夯机就位后要保持平稳，沉管垂直，夯锤对中桩孔，确保夯锤能自由落入孔底。

（3）施工场地一定要排水畅通，否则一旦下雨，基底含水量增大，更易引起缩孔，雨水进入桩体内，也影响桩体质量。

（4）成孔采用隔跳打的方式，如先打1排和3排，再在中间打第2排，有利于增加挤密效果。

（5）成孔后要及时回填，以免缩孔和雨水进入孔内。

（6）填筑施工前进行填夯试验，以确定每次合理的填料数量和夯填次数。

（7）人工填料时要按交底要求均匀投料，灰土要拌和均匀。旁站质检人员作好施工记录。

3 主要施工机械、设备、人员

3.1 机械设备

见表1。

表1

另需测量仪器、土工试验设备、钻孔取样设备、静载试验设备等。

3.2 主要施工人员

见表2。

表2

4 灰土挤密桩的质量检测

灰土挤密桩的质量检测工作主要分为现场桩体检测、三桩复合地基静载试验、室内灰土试样抗压强度试验、桩体的压实系数试验及桩间土湿陷性、压缩性试验。

检测桩体数量为灰土桩总数的2%，桩间土检测频率为1‰。

4.1 桩体和桩间土现场检测

桩体现场检测内容主要包括桩径、桩距、桩长、桩体土、桩间土描述。其中，桩距、桩径检测方法采用钢卷尺现场量测，桩长、桩体土芯样描述通过钻孔取芯方法进行检测，桩间土采用人工探井取原状土样进行检测。

桩体检测根数为20根，其中检测压实系数的桩为10根，均为优良桩；检测抗压强度的桩为10根，均合格。有关检测结果见表3、表4。

表3 桩体压实系数统计表

表4 抗压强度统计表

4.2 复合地基静载荷试验检测

载荷试验为三桩复合地基载荷试验。检测三桩复合地基承载力，试验采用慢速维持荷载法进行，根据现场条件，采用钢梁上配置重物的形式（堆重法）提供试验所需反力，通过油压千斤顶分级施加荷载。

静载试验3组，平均值320 KPa，满足设计要求。见表5。

表5 复合地基静载荷试验值

4.3 室内试验

室内试验主要分干密度试验和抗压强度试验。干密度试验目的是求灰土的压实系数；对桩间土原状样进行土工常规试验、湿陷性试验及固结试验；抗压强度试验主要检测桩基土样的抗压强度。

桩间土取样20组，其干密度、孔隙比、压缩系数及湿陷性系数较挤密前有显著改善，各项指标均达设计要求，挤密效果明显，合格率100%。见表6。

表6 挤密前、挤密后效果对比

5 结束语

灰土挤密桩在金海花园地基处理加固中的应用，成功地解决了消除黄土湿陷性、提高地基承载力的目的。由于该方法处理湿陷性黄土厚土层时，不需大量开挖和（回）换填、所用施工机械简单、处理费用低、处理地基较深（达3～15 m），工艺较简便。属经济与技术效果都较好的一种地基处理方法，具有较大的推广价值。

1 崔勇.灰土桩在处理湿陷性黄土地基中的应用与分析[J].科技情报开发于应用，2003（2）：145～145

2 叶书麟.地基处理实例应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998

3 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2002）