高能级强夯处理湿陷性黄土后的桩基实践研究

【摘要】在深厚湿陷性黄土上进行12000kN.m能级强夯处理，进行桩基的浸水与不浸水静载荷实验，通过对测得的P-S， - 等曲线的分析，得出了处理后的黄土层上桩基的承载规律，为设计、施工、检测提供参考数据。

【关键词】湿陷性黄土;地基处理;强夯; 桩;承载力;荷载传递规律

1、概述

随着经济的发展，大型的重工业项目比如炼油厂，钢铁厂等在黄土地区的逐渐兴起。其上部形成的大面积的集中荷载要求地基不僅仅要有足够的承载力，而且还要有较小的沉降。高能级强夯能不仅能提高黄土地基承载力和消除黄土的湿陷性，使桩基满足承载力高和沉降小的要求，同时能有效的减少工程用桩的长度。笔者实测了在竖向荷载作用下的承载力和沉降曲线，通过埋设在桩身的应力测试元件，测试了桩基的荷载分布规律，探讨了强夯后的黄土地基中桩的承载特性。分析结果表明，强夯后的黄土地基中的桩基有着独特的性质，本次试桩试验所得桩的工作特性和规律将会对未来的强夯区桩基施工和设计提供一些的经验和参考。[1] [2] [3] [4]

2、夯实前后场地工程地质条件

本次实验场地所在属半干旱内陆性季风气候区，地下水埋深一般为29.5m～33.5m左右。钻孔最大揭示深度40m，揭示地层13层，第一层粉质粘土（黑垆土）为Q4;第二、第三、第四层粉质粘土（马兰黄土）为Q3;第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三层粉质粘土（离石黄土上段）为Q2。勘探场区，湿陷性黄土的湿陷程度由上向下逐渐减弱，一直渐变为非湿陷性黄土。湿陷性黄土的底界埋深16m左右，包含的地层为②、③、④、⑤粉质粘土，场地黄土的湿陷等级为Ⅱ级，湿陷类型为自重湿陷性黄土。根据标准贯入、静力触探及静载结果来看，参考土工试验成果，强夯的有效加固深度为11m。

3、设计要求

3.1设计参数

根据设计要求，最大加载量根据锚桩所能提供反力确定。试桩以第八层粉质粘土为持力层，桩身混凝土强度等级C30。试桩类型为混凝土灌注桩。

3.2实验要求

桩基静载荷试验方法分为不浸水试验和浸水试验，加载方式采用慢速维持荷载法。确定试桩的极限承载力可按下列方法之一进行[5]：

（1）对于陡降型 - 曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值;

（2）在 - 曲线中取曲线尾部明显向下弯曲的前一级荷载;

（3）对于缓变型 - 曲线可根据沉降量确定，宜取 =40mm对应的荷载值;

（4）加载终止条件为已达到桩身材料的极限强度以及试桩顶出现明显破坏现象时，可取终止荷载的前一级荷载。

3.3试桩条件

（1）试桩在桩头浇筑完成28天后进行。

（2）试桩桩顶按方案要求进行处理并保持完好。对桩顶标高低于自然地面，开挖桩顶以上部分土。

（3）试验进行期间，试桩区域无冲击、振动等影响。

（4）本次竖向抗压静载试验，由于受锚桩钢筋限制，试桩均未加载至破坏，且终止试验时，各试桩顶总沉降均小于40mm，其 - 曲线尾部也均未出现明显向下弯曲，因此，各试桩单桩竖向抗压极限承载力均按最大试验荷载值确定。

3.4内力测试埋点

试验主要通过预先埋设桩身埋设传感器，测试其在静载荷试验过程中桩侧摩阻力分布，端阻力的变化情况。埋设时，在设计好的位置断开主筋，用钢筋应力计替换焊接。读数导线随钢筋笼主筋引至地面。应力计连接杆直径与钢筋主筋相同，在埋设位置截断主筋用钢筋应力计置换。本次共埋设162个钢筋计，最终试验能够得到数据的成活钢筋计157个。

4、承载力和沉降实验成果

表1抗压试桩静载试验结果统计表

从静载试验加载量和变形对比曲线来看，得到本次强夯后黄土地区试桩的承载力和沉降的一些规律和结论：

（1）本次试桩的沉降较小，S800试桩沉降平均在4.5mm，S600试桩沉降平均在5.5mm，比本地区同等条件下的桩沉降小的得多。浸水试桩变形量曲线稍微比非浸水试验陡，沉降量大1.0mm左右，但总体差别不是很大，说明本场地经高能级强夯处理后，黄土的沉降明显减小。

（2）桩基的承载力和变形特性方面均匀性较好。从静载试验结果来看，抗压静载试验和抗拔静载试验均未加载到破坏状态（由于锚桩配筋限制，试验未做到试桩的极限值），S800试桩抗压承载力特征值在2250～2475kN之间，S600试桩抗压承载力特征值为2000kN。桩还有继续承载的潜力，与天然黄土桩基的承载力相比，强夯后单桩的承载力明显提高。

5、内力测试结果

在得到内力测试数据之后，我们就可以根据桩身内力测试结果，计算抗压试桩的桩侧摩阻力与桩端阻力关系见图

结论：

通过本次试桩，可以得到荷载传递的一些规律和结论

（1）从上面的图标可以看出，两组6根试桩端桩阻力分担比最大在10.0%左右，侧阻力未充分发挥，端阻力所占比例较小，可以看出桩基的承载力还有一定潜力。

（2）从桩侧摩阻力的发挥曲线土可以看出，桩的侧摩阻力发挥呈现出多峰值效应。通过静力触探，发现本次12000kN.m强夯对桩侧上部土层的摩阻力提高效果显著，这个效果随深度逐渐变小。内力测试数据也表明在土中上部出现了峰值，从而验证强夯后桩的荷载分布特性 [6]。

（3）强夯造成地表浅层结构破坏，有效加固深度范围内湿陷性消除，中上部摩阻力极限值提高最大。在不浸水试验中桩的摩阻力发挥需要的位移比其他土层较大，因此在其他土层的摩阻力得到发挥的时候，其值还是很小，发挥较差。而浸水试验整个加载的过程中，桩的中上部土的摩阻力一直较大，负担了桩的主要荷载，使得沉降较小，没有像普通浸水试桩那样因沉降多大而造成较大的负摩阻力[7]。

（4）结合本场地室内土工试验的物理力学参数，综合静载试验、桩身内力测试和静力触探结果[8]，提出夯后桩侧摩阻力和端阻力标准值见表2。

参考文献：

[1]王铁宏.全国重大工程项目地基处理实录，中国建筑工业出版社，2005.

[2]薛玉，韩晓雷，水伟厚，詹金林.8000kN·m能级强夯处理湿陷性黄土实践研究.水利与建筑工程学报，2008，6（2）：8～10.

[3]薛玉，强夯后黄土地基中桩的承载特性研究[D].西安建筑科技大学，2009.

[4]王铁宏，水伟厚，王亚凌，等.10000 kN·m高能级强夯时的地面变形与孔压试验研究.岩土工程学报，2005，27（7）：759～762.

[5]中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）.北京：中国建筑工业出版，2008.

[6]张展弢.黄土地区单桩竖向承载力与沉降特性研究[D].西安理工大学，2003.

[7]刑心魁.黄土地基中旋挖成孔灌注桩荷载传递函数规律及沉降特性研究[D].西安建筑科技大学，2000.

[8]罗汀，姚仰平.黄土地基中工程桩摩阻力发挥值的变化特性[J].工业建筑，工业建筑，2002，32（12）：20-23.

作者简介：

薛玉，男，1981年出生，山东青岛人，工程师，主要从地基处理，边坡和基坑支护，地基检测等方面的工作和研究。