王 军
(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨 150080)
砂石桩在软弱地基处理中的应用
王 军
(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨 150080)
本工程位于哈尔滨市何家沟干沟入江口处,坝基地层岩性为砂土、杂填土,含砖头、混凝土块、炉灰等建筑垃圾和生活垃圾,层底埋深6.0~8.5m。地基承载力低,无法满足建筑物承载力要求。常用的地基处理方法有换填垫层法、预压法、砂石桩法、水泥土搅拌法等。针对本工程的地层岩性的实际特点,选择砂石桩法作为地基处理的方法。石桩法设计计算主要包括桩径、桩长、处理范围等参数的确定的以及地基承载力的复核。虽然碎石桩复合地基承载力计算理论较为成熟,但是碎石桩的很多参数需要现场试验来确定。因为地基土的组成不同,碎石桩的参数要通过现场试验来确定适合本地的数值,从而达到真正处理效果。
砂石桩;软弱地基;复合地基
该工程位于哈尔滨市何家沟干沟入江口处,该工程由进、出口段、控制室、消力池组成。根据《岩土工程勘察报告》提供的该工程处地质资料,坝基地层岩性第(1)层全部为砂土、杂填土,含砖头、混凝土块、炉灰等建筑垃圾和生活垃圾。层底埋深6.0~8.5 m,平均厚度为7.67 m。地基承载力低,无法满足建筑物承载力要求。
常用的地基处理方法有换填垫层法、预压法、砂石桩法、水泥土搅拌法等[1]。
换填垫层法适用于淤泥、淤泥质土层,湿陷性黄土、杂填土地基等的浅层处理。对于较深厚的软弱土层不适用。
预压法是在建筑物未建造前,预先进行加载预压,使土体固结预先基本完成,从而提高地基土承载力,减少地基沉降的一种方法。它常用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基,此方法不适用本工程。
碎石桩是指采用振动、冲击或者水冲等方法在软弱地基中成孔后,再将砂或碎石挤压入已成的孔中,形成由砂石构成的密实桩体。砂石桩用于松散砂土、粉土、黏性土、素填土及填杂土等的地基处理。主要是依靠桩的挤密和振动,使桩周土的密实度增加,从而降低土的压缩性,提高地基承载力[2]。
水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基,此方法不适用本工程。
针对本工程的具体地质条件,选用砂石桩法对软弱地基进行处理。
3.1.1 布桩形式
砂石桩孔位宜采用等边三角形或正方形布置,本工程砂石桩采用等边三角形布置[3]。
3.1.2 直径
砂石桩的间距应通过现场试验确定。本阶段砂石桩的间距可以按下列公式估算[4]。
松散地基可根据挤密后要求达到的空隙比e1来确定。
等边三角形布置计算公式为:
式中:s为砂石桩间距,m;d为砂石桩直径,m;ε为修正系数,当考虑振动下沉密实作用时,可取1.1~1.2;不考虑振动下沉密实作用时,可取1.0;e0为地基处理前砂土的孔隙比,可按原状土样试验确定,也可以根据动力或静力触探对比试验确定;e1为地基挤密后要求达到的孔隙比;emax、emin为砂土的最大、最小孔隙比;Dri地基挤密后要求砂土达到的相对密实度。
根据上述公式、结合上部结构、荷载及施工机械等确定本工程砂石桩的直径为0.70 m,桩距1.5 m。
3.1.3 桩长
砂石桩加固长度:要求桩长穿过杂填土层以下,进入粉砂、中砂持力层。根据地质剖面图,杂填土影响深度在6.0~8.5 m,设计桩长在建筑物基础铺设层底面以下10~12 m深。砂石桩顶部铺设一层厚度为0.50 m的砂石垫层[5]。
3.1.4 处理范围
砂石桩处理范围在 1#、2#、3#、4#挡土墙、闸室段外缘布置1排桩。处理范围见图1。
图1 砂石桩处理范围平面图
3.1.5 桩体材料
桩体材料科采用碎石、乱石、角砾、圆砾或石屑等硬质材料,含泥量≤5%,最大粒径≤50 mm。
3.1.6 填料量
砂石桩的填料量应通过现场试验确定,计算时可按设计桩孔体积乘以1.2~1.4的充盈系数,如施工中地面有下沉或隆起现象,则填料量应根据现场情况给予增减[6]。
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)规定,初步设计阶段可按下式计算复合地基的承载力[7]。
式中:fspk为砂石桩复合地基承载力特征值,kPa;fpk为桩体承载力特征值,kPa,宜通过单桩使用确定;fsk为处理后桩间土承载力特征值,kPa,宜按当地经取值,如无经验时,可取天然地基承载力特征值;m为桩土面积置换率;d为桩平均直径,m;de为根桩分担的地基面积的等效圆直径。等边三角形布桩de=1.05 s,s为桩间距。
建筑地基中如果有松散的砂类土、素填土、杂填土,甚至还有生活垃圾,这些土的强度低、压缩性大、抗震性差。在这样的地基上建造建筑物前,必须选用合适的方法对软弱地基进行处理。
虽然碎石桩复合地基承载力计算理论较为成熟,但是碎石桩的很多参数需要现场试验来确定。比如填料量、桩间距、单桩荷载试验、复合地基荷载试验。因为地基土的组成不同,碎石桩的参数要通过现场试验来确定适合本地的数值,从而达到真正处理效果。
[1]常士骠,张苏民.工程地质手册[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]张志铁.地基处理[M].南京:河海大学出版社,1992:33-45.
[3]中国建筑科学研究院.JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[4]王妙君,梁维能.软弱地基处理方法及应用[J].工业设计,2011(07):202.
[5]苏睿华,李利平,徐先强.松木桩在长兴陶家湾水闸软弱地基处理上的应用[J].浙江水利水电专科学校学报,2013,25(02):13-16.
[6]胡普年.水泥土梅花桩在软弱地基处理中的应用[J].甘肃农业,2004(08):114.
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1007-7596(2014)05-0175-02
2013-08-20
王军(1982-),男,宁夏石嘴山人,工程师。