素土挤密桩法在采煤沉陷区地基处理中的应用

王丽卿 何风璟

1 工程概况

太原市万柏林采煤沉陷区综合治理项目位于太原万柏林区新九院小区，西邻西铭村，东、南两面紧靠西山煤电总公司宿舍，九院外环路贯穿其中。场地设计规划为西高东低，建筑物错落布置，拟建砖混结构住宅小区。

2 工程地质

1)地区地质概况。根据GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范附录A“中国湿陷性黄土工程地质分区略图”，太原地区属于山西—冀北地区之汾河流域区，其特点是低阶地，多属于非自重湿陷性黄土，高阶地有自重湿陷性黄土赋存，湿陷性黄土厚度一般为5.0 m～10.0 m。区域内的工程地质条件与太原盆地的形成历史、地质构造、地震概况密切相关。拟建场地位于西铭村和西山煤电总公司宿舍附近，场区内地形为西南高东北低，呈阶梯状。地面标高在900.42～917.89之间。地貌单元属太原盆地汾河西岸山前冲、洪积倾斜平原，表层为第四纪黄土广泛覆盖。

3)地基土的腐蚀性评价。依照GB 50021-2001岩土工程勘察规范附录G的规定，太原地区干燥度指数大于1.5，属干旱区，综合判定环境类别为Ⅰ类。在基底下土层中取土进行的易溶盐化学分析，场地地基土对混凝土及钢筋无腐蚀性。

4)地基土的湿陷性评价。从勘察单位试验结果看，湿陷性土层厚度在天然地面下12.0 m左右，即第①，②层为场地主要湿陷性土层，第③层土上部有轻微湿陷。第①，②层土湿陷系数在0.020～0.070之间，湿陷性轻微～中等，个别层位湿陷系数一般大于0.070，属于湿陷性强烈。地基湿陷等级一般为Ⅱ级～Ⅲ级。根据地质勘测资料可知:原地层物理力学性质指标不能满足对基础的要求，应进行工程地基处理。

3 工程施工

3.1 施工方案

本工程因土层中夹有两层钙质结核，采用沉管法施工难以沉管，故采用柱锤冲击成孔的施工工艺进行整片处理地基，处理厚度根据建筑物地段计算剩余湿陷量不小于200 mm的深度确定，处理宽度应按每边扩出基础边缘0.5倍处理厚度来控制。按照梅花形布桩，桩距约为1200 mm，桩径400 mm，桩顶整片铺设灰土垫层，厚度1000 mm。处理后复合地基承载力特征值不小于180 kPa。施工由外向内进行隔行、隔孔跳打。挤密成孔和夯填素土的顺序均按照先里后外，隔行隔排，同一排间隔1孔～2孔跳打，即从整片挤密地基的中间向外边线成孔。成孔结束后，及时检查桩孔的直径、深度和垂直度以及桩孔内有无缩颈、回淤等现象。

3.2 施工方法

1)场地平整。施工前，首先对场地用推土机进行清理整平，保证清理厚度，使施工基础面高程达到设计要求。并对施工范围内的坑穴进行回填处理，使之达到设计要求。2)测量放线。绘出施工桩位平面布置图，用全站仪放出每个单元工程轴线，做好轴线控制点，按桩间距及排距等边三角形布置桩位，呈梅花形，桩位点用白灰眼确定，测量桩位点高程。3)挤密成孔。将桩机平稳就位后，使桩管正对孔心，启动固定在打桩机架滑道上的导杆式柴油打桩锤，锤击沉管，沉管是带有特制桩尖的无缝钢管。开始时轻击慢沉，待桩管稳定后再按正常速度沉管，达到设计孔深后徐徐拔出沉管即成桩孔。4)桩孔夯填。土料存放至施工现场50 m内，不得含有杂土、砖瓦、石块等，土块粒径不大于15 mm，土料质量根据击实实验的最大干密度和最优含水量控制。将备好的土料用专用料车运至孔口边，安排专人用铁锹将填料均匀填入，每一锹料夯击2次，完成一根桩体回填夯实。施工中，记录每一桩孔的填料量和夯实时间。5)表层处理。全部成桩结束后，按设计要求对沉管施工成孔的桩顶以下0.25 m土层厚度用推土机清除松动层，剩余0.25 m作为回填的第一层进行碾压。经检测达到设计规定压实度标准后方可进行上层铺料。

4 施工过程应注意的问题

1)实验问题。为检验地基处理后力学性能 的变化，为基础设计提供依据，应根据场地地基情况确定地基处理后，在开工前先在临近场地或建筑物场地做出试桩复合地基，待试验取得数据后，再设计基础。试桩复合地基达不到设计要求，尚应修改处理方案。2)成孔问题。施工土挤密桩，在成孔或拔管过程中，对桩孔(或桩顶)上部土层有一定的松动作用，因此施工前应根据选用的成孔设备和施工方法在场地预留一定厚度的松动土层，待成孔和桩孔回填夯实结束后将其挖除或按设计规定进行处理。应预留松动土层的厚度，对冲击成孔，宜为1.2 m～1.5 m。成孔时，地基土的含水率一般应掌握在12%～23%，低于12%成孔较困难，且对生石灰块水解提供水分不足;当大于23%时，易颈缩，或成桩后桩心软化，因此，低于最优含水率的土需加水增湿，大于最优含水率的土，需采取晾晒干措施。3)挤密问题。挤密桩复合地基关键在于挤密。合理的填料配合比及认真的夯实，是确保施工质量的前提。常用的填料配合比有多种，如灰砂桩为生石灰块∶中砂=7∶3(体积比)，灰砂碎石桩为生石灰块∶中砂∶碎石20 mm ～40 mm=5∶2∶3 或 6∶1.5∶2.5，也可适量加入粉煤灰，可提高桩的强度。4)局部遇枯井、坑、沟等处理问题。基坑开挖后，或经钎探后发现建筑物地基下有被杂土或杂填土或素土填充的枯井、洼坑、沟漕等，必须及时处理。除对埋深较浅的可用填土的方法处理外，一般可用挤密桩进行处理，根据所处理局部地基情况，以桩底抵承好土为宜，并用桩距调整，桩距可疏可密，以达到所需地基强度。处理时应注意要使处理后的局部地基与建筑物场地大面积地基承载力基本一致。5)质量检验问题。挤密桩复合地基属隐蔽工程，施工中必须加强检验。检验内容包括成孔的深度、直径、垂直度，孔内填料的夯实质量，桩体竣工后，尚应检验桩间土的干密度，桩体填料的干密度、地基承载力等，检验方法包括挖开取样试验、触探试验、载荷试验等。

5 利用素土挤密桩的实体评价

通过复合地基静载荷试验，绘制荷载P和相应校正后的沉降S的荷载—沉降P—S曲线和沉降—时间S—lgt曲线检测复合地基承载力特征值达到180 kPa;通过探井取样法检测桩体平均压实系数均大于0.96;通过探井取样法检测桩间土挤密及消除湿陷性效果表明湿陷性系数δs均小于0.015，完全消除湿陷性。

6 结语

采用素土挤密桩法处理采煤沉陷区湿陷性黄土既消除了被处理土的湿陷性，又提高了地基承载力，防止基础及结构出现大幅度沉降、干裂、倾斜，保证了工程的安全性。

[1]GB 50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范[S].

[3]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].