强夯结合灰土桩法地基处理设计探索

汤树勇

摘 要:本文结合某建筑工程地质情况,对该建筑物地基采取处理,最终经研究而采取强夯结合灰土桩法对该拟建场地地基采取处理设计,结合实例详细地提出该地基处理方法的设计流程,为同类工程提供参考。

关键词:建筑工程地基处理强夯法灰土桩法

中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0075-02

某污水处理工程拟建场区的主要建筑物由四部分组成,一区由过滤间、沉淀池、调节池等组成,该部建筑物占地面积185.5m²,结构类型为一层框架结构,设计基础埋深为-1.5m～-1.8m;二区由浓缩池、沉淀池、氧化池组成,该部建筑物占地面积358.9m²,结构类型为一层框架结构,设计基础埋深为-2.6m;三区由调节池、污水缓冲池等组成,建筑物占地结构类型面积608.7m²,结构类型为一层框架结构,设计基础埋深-5.6m;四区:主要由污泥脱水间、储罐间、加药储药间、分析室等组成,建筑物占地面积为450.0m²,结构类型为一层框架结构,设计基础埋深-1.5m。

2 地基处理设计方案比较分析

根据本工程场地所处地层分布的情况及勘察设计要求,兼顾地基处理上技术可行、经济上合理的原则,对该工程拟建场地勘察报告中提出的地基处理方案建议及设计选定的地基处理方式采取比较分析,最终经研究而采取强夯结合灰土桩法对该拟建场地地基采取处理。地基处理设计方案比较分析结果表明如下。

2.1 地基处理方案分析

根据勘察报告,该拟建场地上部为厚度较大的(7.5m～9.5m)人工堆积的素填土,该土层松散,而且力学性质差,为中等亚硫酸盐渍土。勘察报告中所提出的采取换土垫层或部分置换强夯法不理想,首先软弱土层厚度比较大,进行换土垫层处理成本较高,不经济;而部分置换强夯法对该条件下的场地处理也不理想,其主要是由于强夯的夯击能能够影响的土层深度有限,一般为4m～6m,由于素填土较干燥(最优含水量15.8%～16.6%,实际含水量估计在6%～8%),因此强夯影响深度有限,达不到规范要求。而采取基本防水措施及加强基础或上部结构的调整方法也不能解决根本问题,因此人工堆积的素填土由于自然沉积时间短,松散并且力学性质差,本身就不能够满足设计承载力要求,因此该方法也不合理。

通过采用挤密碎石桩构成的复合地基是目前处理具有湿陷性、力学性质相对较差的粉土层、粉质粘土层比较常用的方法,但是使用该方法的前提条件是原始土层必须具有与设计要求相近的力学性质,相差太大所需置换的面积就越大,置换率要求越高,在原始土体力学性质太差的情况下,此种地基处理方法成本和整体换填碾压没有太大差别,而该拟建场地的素填土力学性质太差(勘察报告未给出),因此并不适用。考虑到虽然人工扩底墩主要适合框架结构或柱基的建筑物,拟建场区的建筑物中虽然有部分为一层的框架结构,但是这部分建筑物荷载较小,使用扩底墩不经济;而缓冲池和调节池为荷载均匀分布的构筑物,如果使用扩底墩,则需将荷载均匀分布,所需要的扩底墩数量较大,也不经济。

2.2 地基土腐蚀性考虑

从地质勘察报告结果表明,本工程所处场地由于该回填土为中等亚硫酸盐渍土,对灰土桩会有一定的影响,消石灰主要成分为氢氧化钙,在有水的条件下会与土中的亚硫酸盐发生反应,从化学角度分析,土中的亚硫酸盐对灰土桩桩体影响较小,不会降低桩体强度,其原因有以下三点。

(1)土中含水量低,这种反应非常微弱,根据设计的承载力要求,2∶8配合比灰土桩已能够满足要求,考虑到会发生微弱反应这方面因素,因此,在桩体配合比上选择用3∶7比例混合,即使发生了一定的反应,桩体强度依然能够满足设计要求。

(2)对于本地区气候条件干燥,降水量小,蒸发量大,经过强夯处理的回填土层渗透量小,能够提供的反应条件差,对桩体的影响小。

(3)在桩顶以上有30cm灰土垫层,有很好的隔水效果。通过综合分析,盐渍土对桩体影响小,方案可行。

2.3 地基处理设计方案提出

对本工程采取强夯结合灰土桩法来进行地基处理,其中原料便宜,除石灰需要购买,土体可以现场采取;对基础埋深较浅、荷载较小的建筑物来说,在强夯处理后,夯击面距设计基底标高0.5m～1.5m,再铺设2∶8灰土垫层,既具备了防渗效果,又加强了基底土层的强度,可以满足设计要求;对强夯与灰土桩相结合的方法进行地基处理的建(构)筑物来说,强夯加强了复合地基桩间土的承载力,根据经验值,对于此类土体,强夯可将土的承载力提高到≥100kPa,而规范要求对灰土挤密桩复合地基的承载力特征值,不宜大于处理前的2倍,按处理后复合地基承载力为处理前的1.5倍计算,复合地基承载力≥150kPa,满足设计要求。

3 地基处理设计

根据本工程拟建场地建筑物特征,经计算建议对整个建筑平面作整体基坑开挖至-2.0m,再对不同基础埋深的建筑物进行不同的处理方法,首先对一区、二区、四区地基土进行强夯处理,对于基础埋深较浅(-1.5m～1.8m)的一区浅基础(1.5m～1.8m)建筑物、四区建筑物可在强夯处理后采用2∶8灰土垫层分层碾压至设计标高;一区深基础(5.2m)建筑物及二区建筑物可采用强夯结合灰土桩法,在强夯处理后,进行灰土桩施工,施工完毕后采用2∶8灰土垫层碾压至设计标高;对于基础埋深-5.6m的三区建筑可在第一次开挖深度基础上加深2.0m～-4.0m,进行强夯处理,强夯处理完毕后再进行灰土桩施工,施工完毕后开挖至设计标高下30cm,做2∶8灰土垫层至设计标高。

3.1 强夯参数设计

对本工程地基处理采用试夯来确定强夯参数设计,其中夯击能为2000kN·m;夯点间距为6m;夯点布置成正方形。采用二遍点夯,一遍满夯;点夯的夯击次数以最后两击夯沉量不大于50mm为准,第一遍点夯与第二遍点夯交错进行,满夯击数为二击试夯后第三天和第七天进行动探(标贯)试验或在4m深度取样做室内试验。若第三天取样试验结果达到技术要求,则取消第二次取样。采用经验数据确定强夯参数,参照邻近场地或同类型场地的强夯经验确定强夯参数,但不能低于规范要求。

3.2 灰土桩及灰土垫层参数设计

本工程地基处理设计采用的灰土桩施工采取钻孔成孔方式,设计钻孔孔径为Φ600mm,桩长为进入原始土层50cm。同时结合地质报告中圆砾层揭露深度,可确定一区深基础(5.2m)及二区灰土桩桩长为7.4m,三区灰土桩桩长为4.4m,桩间距1.2m～1.5m,呈等边三角形布设。然后将生石灰和土按照3∶7的比例混合,填入以挖好的孔中,锤击成桩,锤重8kN～15kN,起吊高度不小于2m,自由落锤,要求每次填料厚度不超过50cm,多次循环直至基底。桩与已进行强夯处理的桩间土形成复合地基,从而提高地基的承载力。

施工时钻孔法成孔可采用螺旋钻、机械洛阳铲或钻斗等多种类型的钻机,开始钻孔或穿过软硬土层交界处时,应低速慢钻,保持钻杆垂直。在含有砖块、杂填土层或含水量较大的软塑黏土层中难以钻进时,凡土层厚度小于2m,可采用冲击法成孔,穿越后再用钻孔法成孔。钻孔至设计深度后,应在原位深度处空钻清土,提升钻杆孔外卸土。采用钻斗钻机时,直接上提至孔外卸土,成孔后测量孔径、孔深,并保护好孔口。当桩孔内用灰土分层回填、分层夯实时,桩体内的平均压实系数不应小于0.96,消石灰与土的混合比例为体积配合比;灰土挤密桩复合地基承载力特征值,应通过现场单桩或多桩地基载荷试验确定。初步设计当无试验资料时,可按当地经验确定。

3.3 地基处理工程量

对本工程采取强夯地基处理,强夯处理面积:整个场地进行强夯,面积3945.92m²。灰土桩设计孔径为Φ600mm,桩长为进入原始土层50cm即止,桩间距1.5m,呈等边三角形布设,建筑物每边外扩1排桩,一、二、三区进行灰土桩施工,其中:一区共设计灰土桩90根,每根桩长4.8m,二区共设计灰土桩495根,每根桩长7.4m,三区共设计灰土桩495根,每根桩长4.4m,合计灰土桩共计990根,总进尺6273m。另外,对于灰土垫层或戈壁垫层设计,根据估计1.0m的强夯夯沉量,一区浅基础部分需回填碾压量584.5m³,深基础部分需回填碾压量50m³,二区需回填碾压量351.2m³,三区需回填碾压量343.0m³,四区需要回填碾压量2138.7m³,合计需要回填土量3467.4m³。

4结语

本建筑工程结合地质情况,采取强夯法结合灰土桩进行地基处理,设计中严格按照国家相应检测规范要求进行,对强夯处理地基进行载荷试验或动探(标贯)试验检测,对灰土桩及桩间土采用载荷试验及动探(标贯)试验进行检测,从检测结果来看,本地基处理设计方案有效地提高了复合地基承载力,满足设计要求。

参考文献

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