灰土桩处理湿陷性黄土地基试验研究

程玉龙

(1酒泉职业技术学院,甘肃 酒泉735000；2兰州理工大学 土木工程学院,甘肃 兰州730050)

1 引言

近年来，随着国民经济建设的迅猛发展，基本建设规模不断扩大，愈来愈多的工程需要对天然地基进行人工处理，以满足结构物对地基承载力和变形的要求，保证结构物的安全和正常使用。地基处理作为一门实用性很强的学科，它的理论与实践正处于不断发展、完善之中，并日益受到了工程界及学术界的重视[1～3]。尤其是湿陷性黄土地区，以其特有的土体结构特点和工程性能给工程建设带来了一定的难度，灰土挤密桩作为一种湿陷性黄土地基处理方法，是西北地区最早推广应用的一种以土治土的方法，其历史悠久，早已被人们所习用，并取得了良好的技术效果[4～7]。随着技术的发展，灰土已被作为一种复合材料广泛应用于交通、土建等建筑工程中。但是复合地基的理论研究远远落后于复合地基的工程实践。以前对灰土地基性能的认识和评价已满足不了工程实践的发展，许多观点仍停留在经验认识上。进行复合地基理论研究，将有助于加深对复合地基工作机理的认识，促进地基处理技术更好地应用和更快发展。因此，对灰土桩复合地基的工程性能做进一步研究探讨，具有一定的实际意义。本文以应用为出发点通过大量的工程试验和大量的室內实验，测量了石灰桩膨胀法加固湿陷性黄土时黄土的各项力学参数的变化以及进行了评价。

2 试验场地概述

兰州西固某住宅楼地基处理拟采用灰土挤密桩法，设计要求全部消除地基的湿陷性，处理后地基承载力标准值达到220kPa。根据整片挤密桩试验及场地补探。补探及室内外试验共成桩32根，静载荷试验6点次。挖探井10个，室内常规试验113组，击实试验3组，开剖桩体3个，并进行了数十组现场干密度试验。

根据原勘察资料，土层自上而下分别为：

1）黄土状粉土：谈黄色～灰黄色，粉粒为主，具肉眼可见大孔隙。含白色钙质结核，局部含较大的卵石和大于200mm的漂石。层厚22～29.9m,一般在距地面13～15m以上般坚硬～硬塑，以下软塑～流塑。

2）卵石层：据典型的河流向冲击地层特征，层面在南北方向变化很大，南部高，北部低，高程为1542.21～1548.28m。

地下水位埋藏深度距地面14.1～16.7m之间，水位高程1555.97～1555.13m。

3 挤密效果分析

1）密实度挤密效果分析

土桩单桩桩周土挤密程度沿径向的变化规律，(根据30条实测曲线统计得来)如图1所示，从图可以看出，桩周土被挤密的效果显著，有明显的规律性。

图1 桩周土挤密程度沿径向变化规律

2）压缩性挤密效果分析

图2 (a)是单桩桩周土在天然湿度及饱水两种状态下的压缩系数沿径向的变化规律。从图中可见，天然湿度状态下，当x>1.5d时，α1-2基本上都大于0.5MPa-1，为高压缩性土，当x=(0.75～1.5)d时常属中等压缩性，当x=(0.5～0.75)d时一般达到或接近低压缩性。在饱水状态下当x>1.5d时，α1-2都大于0.9MPa-1，当x

从图2（b）中还可以看出，当D>79%时，在天然湿度状态下，可显示出中压缩性，甚至低压缩性。D>86%时，在饱水状态下，也可显示出中压缩性，甚至低压缩性，桩周某点土的压缩系数将随着该点到桩心距的增大而增大，其变化规律与单桩桩周土密实度的规律性相似。

图2 自然状态和饱水状态下压缩系数随桩心距和挤密系数的变化关系曲线图

3）承载力挤密效果分析

实验采用慢速维持荷载法，即千斤顶加荷，标准测力计测定荷载，挤密桩施工机械作为反力装置，百分表侧读沉降。加荷分级，沉降观测时间及稳定标准等试验要点均执行《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）附录四有关规定。

试验点Ja1、Ja2、Ja3位于三桩间，Jb1、Jb2、Jb3位于桩心，承压板尺寸为2500cm2(50cm×50cm)。试验标高为桩顶以下0.5m。

试验点垂直加荷Q及相应沉降S的试验纪录，据此绘制的Q-S关系曲线见图3和图4。

图3 三桩间土的Q～S 关系曲线

图4 桩心的Q～S关系曲线

可见各试验点的Q-S曲线均呈缓慢变形或近似直线变化，无明显的拐点。根据《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）及《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）的规定，可取S/b=0.01～0.015对应的荷载作为地基承载力的基本值，这里取用S/b=0.012对应荷载，三桩间承载力基本值可取用207kPa，桩心承载力基本值可取用443kPa。地基没有进行过处理的承载力一般在100kPa以内,而经过处理的地基，承载力都有显著提高，一般都增加了一倍以上。

4）湿陷性效果分析

单桩桩周土在不同压力下的湿陷系数见图5，湿陷系数（竖轴）随着径向（横轴）等增大而增大的效果显著。由试验可得，在试验压力越大，湿陷系数随径向的变化就越显著，反之则变化较为平缓，湿陷系数随径向显著变化与平缓变化之间的过渡又随着试验压力的增大而尤为明显，且过渡段也越为靠近桩心方向。

图5 桩周土挤密后湿陷系数沿径向变化规律

4 结论

通过以上分析可以得到如下结论：

1）挤密桩按桩径400mm，间距1.0m的梅花形布设，复合地基的承载力标准值可取用240kPa，桩间土的湿陷性完全消除，各项物理力学性能指标均有显著提高，挤密系数≥0.90。

2）土桩挤密地基可以用来处理全部湿陷性土层，也可用于处理部分湿陷性土层。

3）对用水量很大，地基大量浸水难于避免的建（构）筑物，地基亦处理全部湿陷性土层，至少要消除极大部分的湿陷性。

4）对湿陷性黄土地基用挤密地基解决湿陷问题是主要的，只要湿陷问题解决了，一般压缩性，承载力和防水抗渗也可以满足。若将挤密地基做成防水抗渗性能较好的垫层时，则应适当提高桩间土的密实度要求。

5）场地土的含水量偏低，适当的增湿能提高地基处理的效果，由于本次试验场地存在砂石夹层，增湿深度受到限制，增湿灌水量不宜控制，使增湿后含水量增大不大明显。但挤密后的效果均能满足设计要求。

[1]刘祖典，黄土力学与工程[M]，西,陕西科学技术出版社，1997年.

[2]高国瑞，黄土显微结构分类与湿陷性[J]，中国科学，1980，（12）,1203-1208.

[3]雷详义，中国黄土的孔隙类型与湿陷性[J]，中国科学（B辑），1987，（12），1309-1316.

[4]GB50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S]，中华人民共和国国家标准，北京,中国建筑工业出版社，2004年。

[5]谢定义，黄土力学特性与应用研究的过去、现在与未来.地下空间[J]，1999，19（4）,274～283.

[6]高国瑞，黄土湿陷变形结构理论.岩土工程学报[J]，1990，12（4）,1 ～ 9.

[7]龚晓南等.地基处理手册[M].中国建筑工业出版社.北京.2000.