自重湿陷性黄土挤密处理后刚性桩侧阻力的确定

张森安 曹程明 项龙江 龙 照

(中国市政工程西北设计研究院有限公司 甘肃中建市政工程勘察设计研究院，甘肃兰州 730000)

0 引言

近年来，随着兰州市城市规模的迅速扩大，工程建设场地逐步向南北两山高阶地、梁峁地带及榆中、皋兰等市区外围发展。在城市外围进行大规模的土地开发与住宅小区、高层建筑等工程建设，如罗锅沟、大沙沟、李麻沙沟等土地开发区的工程建设项目日益增多和彭家坪、晏家坪、五一山、白塔山、大青山等黄土坡麓住宅区及高层建筑陆续建设。工程场地具有大厚度湿陷性黄土、大填大挖等诸多复杂的工程地质问题以及地基处理方法、复合地基工程特性参数确定等岩土工程问题。在详细的工程地质与工程特性参数评价基础上，采用安全、适宜、经济地基方案，对此类工程的建设及安全使用具有重要意义。本文以我院近年来进行工程为例，就兰州自重湿陷性黄土挤密法处理后刚性桩侧阻力确定进行了探讨。

1 挤密法地基处理

1．1 挤密法地基处理试验区

试验场地地基土分为人工填土(Qml4)、黄土状粉土(Qeol3-4)和离石黄土(Qeol2)。其中，人工填土与黄土状粉土的天然含水量介于6．0%～20．6%，平均值为 8．6%;孔隙比指标变化为 0．706 ～1．041，平均值为0．925。其物性状态表现为:稍湿、稍密状态，各级压力下压缩系数平均值介于 0．08 MPa－1～0．16 MPa－1之间，压缩模量平均值介于17．90 MPa～33．34 MPa之间，属中 ～低压缩性土，均为Ⅳ级自重(很严重)湿陷性场地。根据拟建建筑物基础埋深，为了加大处理湿陷性土层深度，试验区试坑按拟定基础埋深标高进行开挖，一般自现地面开挖8 m～11 m;对天然湿陷性土层进行增湿，使含水量接近最优含水量。设立试验区为:

1)沉管挤密试验区:试验区范围35 m×32 m，试坑以下湿陷性土层厚为18．35 m。挤密桩成孔直径为450 mm，桩孔心距1．0 m，呈梅花形布设，置换率为0．184，挤密桩长12m。处理深度范围增湿后含水量平均为13．5%;挤密桩孔回填料采用素土与2∶8灰土而使试验区形成两个亚区。2)预成孔夯扩挤密试验区:试验区范围35 m×30 m，试坑以下湿陷性土层厚为33．35 m。夯扩挤密桩成孔直径为700 mm，桩孔心距1．4 m，呈梅花形布设，置换率为0．426，挤密桩长12 m。处理深度范围增湿后含水量平均为13．9%;夯扩挤密桩孔回填料采用素土。

1．2 挤密法地基处理效果

1)沉管挤密复合地基。在沉管挤密桩施工完成15 d后，进行桩身、桩间土与三桩间的压实度、挤密系数以及湿陷性、压缩性检测，同时进行单桩复合地基载荷试验。检测结果表明:

桩身压实度在0．80～0．99间，平均为0．92，但素土桩身压实度好于灰土;三桩间土最小挤密系数 0．81 ～0．95，平均为 0．90，灰土回填料挤密效果好于素土。消除桩间土湿陷性，使压缩性降低，变为低压缩性土。

2)夯扩挤密复合地基。进行桩身、桩间土与三桩间的压实度、挤密系数以及湿陷性、压缩性检测，同时进行单桩复合地基载荷试验。检测结果表明:

桩身压实度在0．79～0．99间，平均为0．93;三桩间土最小挤密系数0．81～0．99，平均为0．89。消除桩间土湿陷性，使压缩性降低，变为低压缩性土。

处理前后桩间土干密度与压缩模量变化见图1，单桩复合地基载荷试验曲线见图2。

图1 沉管、夯扩挤密处理前后桩间土干密度与压缩模量变化

从图1可见，沉管挤密后桩间土干密度、模量较夯扩挤密增幅大，表明沉管挤密效果好;且其随深度差异变化较小，均匀性较好;而夯扩挤密差异变化较大，均匀性较差，在20 m以下压缩模量与天然基本一致，表明处理效果差。从图2挤密复合地基载荷试验可见:在最大加荷500 kPa压力下，变形随压力增加而增大，基本呈直线形态;沉管黄土灰土夯扩桩复合地基变形量大，沉管灰土挤密复合地基变形量次之，沉管素土挤密复合地基变形量最小。复合地基变形模量均大于25 MPa。

图2 挤密单桩复合地基载荷试验曲线

2 挤密处理后刚性桩侧阻力确定

2．1 刚性试验桩布设

在沉管、夯扩挤密桩处理区内布设刚性空底桩，桩长10 m、桩径1 000 mm，布设抗压与抗拔刚性间距2 800 mm×2 800 mm，呈四边形布设;桩底空桩长度500 mm，刚性桩布设见图3。

图3 刚性试验桩布设示意图

2．2 刚性桩侧阻力分析

在不同挤密处理试验区空底刚性桩，进行刚性桩的桩载荷试验与抗拔试验;典型试验成果曲线见图4～图6。

图4 沉管挤密刚性桩桩载与抗拔试验曲线

图5 夯扩挤密刚性桩桩载与抗拔试验曲线

图6 不同状态空底刚性桩载荷试验曲线

表1 空底刚性桩载荷试验桩侧阻力成果表

表2 空底刚性桩抗拔试验桩侧阻力成果表

从图4～图6以及表1，表2可见:桩侧阻力与桩顶变形随加荷增加而增大。沉管挤密试验区抗压载荷试验的承载力对应变形量为9．65 mm ～9．88 mm，桩侧阻力64 kPa～81 kPa;而抗拔载荷试验的承载力对应变形量为3．0 mm～5．89 mm，桩侧阻力56 kPa～70 kPa。夯扩挤密试验区抗压载荷试验的承载力对应变形量为5．90 mm ～6．71 mm，桩侧阻力86 kPa～117 kPa;饱和状抗压载荷试验的承载力对应变形量为8．04 mm～19．18 mm，桩侧阻力51 kPa～54 kPa;而抗拔载荷试验的承载力对应变形量为3．0 mm～6．97 mm，桩侧阻力87 kPa～93 kPa。

图7 挤密后刚性桩侧土孔隙比变形

挤密处理后改良桩侧土的物理力学性质，增强桩侧阻力，也使桩侧阻力得到充分发挥。夯扩挤密区刚性桩桩侧阻力大于沉管挤密区，由于夯扩挤密置换率远大于沉管挤密，同时夯扩挤密区刚性桩桩侧与夯扩挤密桩体面积大;使刚性桩桩侧阻力提高40%;同时夯扩挤密的刚性桩桩顶变形量小于沉管挤密的刚性桩的约50%，各试验桩抗压变形大于抗拔变形;桩侧阻力抗压试验大于抗拔试验;桩侧土非饱和状其桩侧阻力是饱和状1倍。

2．3 刚性桩侧阻力确定

对挤密处理后桩间土进行检测，在10 m深度范围内，挤密前地基土孔隙比与不同挤密工艺桩间土孔隙比见图7。

根据现行桩基规范与试验成果，刚性桩侧阻力评价结果见表3。

表3 空底刚性桩侧阻力评价表

从表3可见:沉管挤密后空底刚性桩侧阻力与现行规范基本一致;而夯扩挤密后空底刚性桩侧阻力比现行规范增加1倍，其浸水饱和状后空底刚性桩侧阻力为50 kPa，接近现行规范。表明刚性桩侧阻力不仅与挤密后桩间土状态、孔隙比等密切相关，同时与挤密处理的加强桩体形状、大小、置换率以及刚性桩布设也是密切相关，刚性桩侧阻力与接触面积直接相关。

3 结语

1)挤密法处理自重湿陷性黄土场地湿陷性是有效方法，挤密法处理后刚性桩侧阻力为正摩阻力，其桩侧阻力与挤密处理的加强桩体形状、大小、置换率以及刚性桩布设也是密切相关，刚性桩侧阻力与接触面积直接相关。

2)挤密桩体对刚性桩有摩擦悬挂作用，同时对桩间土有约束限制作用，阻碍土的下沉变形和侧向挤出，挤密处理的置换率大及刚性桩侧阻力大。

3)挤密后刚性桩侧阻力仅是试桩结果，建议对刚—柔桩复合地基应通过大型现场试验、桩基试验与工程实例，对大厚度自重湿陷性黄土的刚性桩的承载性状和摩阻力与刚—柔桩复合地基等问题进行了系统深入的研究。

［1］钱鸿缙，王继唐．湿陷性黄土地基［M］．北京:中国建筑工业出版社，1985．

［2］GB 50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范［S］．

［3］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］．

［4］闫 昱，李卓凡．湿陷性黄土地区地基的施工方法［J］．山西建筑，2012，38(1):79-80．