湿陷性黄土地区挤密桩复合地基沉降变形特性研究

甘 荣

（甘肃建投土木工程建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 730070）

1 湿陷性黄土地质特征及挤密桩工艺应用优势

1.1 湿陷性黄土地质特征

湿陷性黄土是一种特殊类型的黄土，指在一定外力和自重应力作用下，土壤结构会迅速破坏，并出现明显沉降的黄土。在我国主要分布在西北、华北和东北地区，其中以黄河中游地区分布最为广泛，如青海省的乐都、平安地区；山东省的济南、泰安地区等。湿陷性黄土作为一种特殊类型的黄土，其地质特征决定了对建筑的沉降具有显著的影响。具体而言，湿陷性黄土天然含水率较低，一般在10%左右，有时甚至小于5%，但同时存在较大的天然空隙，一般在0.8～1.2 之间，有时甚至在部分地区大于1.5。这一特征决定了当存在外部降雨时，湿陷性黄土的结构稳定性相对较差，内部流动与湿沉降现象较为明显[1]。

此外，湿陷性黄土颗粒组成以粉粒（0.005～0.075 mm）为主，一般占土体总质量的60%以上。土壤的宏观发育呈现出竖直节理发育状态，能保持直立的天然边坡，在土地平整过程中，大孔隙（肉眼可见）明显发育，并含有不同程度的颗粒或针状根。地质的物质构成较为丰富，含有较多的可溶性盐类，如氯化物、硫酸盐等。这一特性进一步增加了湿陷性黄土的地基处理难度，在湿陷性黄土地区，建筑物会因湿陷变形而受到损坏，因此需要采取一定的措施进行处理，以避免建筑物受到影响。

1.2 挤密桩工艺在湿陷性黄土地基中的应用优势

基于湿陷性黄土的地质特征，利用挤密桩对其地基进行加固是一种较为常见的工艺。在实际施工应用中，其优势主要表现在4 个方面。

1）能够有效提高地基的承载能力。通过在桩位处填筑材料，并对桩孔内的填料进行振动或冲击，使填料密实，从而提高地基的承载能力。与传统的地基处理方法相比，挤密桩工艺能够更好地适应湿陷性黄土地基的特殊要求，并且能够达到更高的承载能力。

2）可以有效减少地基沉降值。挤密桩复合地基的桩间土被加密后产生的沉降量较大，能够有效地减少成型地基的沉降值。在挤密桩工艺的作用下，桩间土被加密，土体的孔隙比减小，湿陷性得到改善，从而减少了地基的沉降。此外，由于挤密桩工艺的加密效果比传统的方法更加显著，因此能够更好地改善地基的沉降问题。

3）有效保障地基稳定性。采用扩大地基范围的挤密桩施工，能够协调不同区域沉降不均的问题，进而减少地基滑动或倾覆的可能性。挤密桩工艺不仅能够改善地基的湿陷性，还能够通过加密桩间土，提高土体的抗剪强度和整体稳定性。同时，挤密桩工艺还能够对地基进行预压处理，进一步增强地基的稳定性。

4）工艺较为成熟。挤密桩施工工艺简单，成本较低，适合于大面积施工。相比于传统的地基处理方法，挤密桩工艺不需要复杂的机械设备和材料，能够就地取材，并且施工速度快，有效地缩短工期。挤密桩复合地基能够就地取材，使用当地的材料进行填筑，而湿陷性黄土地基的处理需要考虑当地的地理环境和材料资源，因此就地取材就能够很好地适应湿陷性黄土地基的处理要求，并且降低了成本和对环境的影响。同时，挤密桩工艺所需要的材料较少，对环境的影响也较小，是一种经济有效的地基处理方法。这些优势使得挤密桩工艺在湿陷性黄土地基处理中具有广泛的应用前景。

2 湿陷性黄土地区挤密桩施工工艺与参数设定

2.1 湿陷性黄土地区挤密桩施工工艺

采用挤密桩对湿陷性黄土地区进行地基加固是一种较为成熟且常见的工程手段。在具体的施工中，大致可以分为准备、成孔、填料与夯实、位移与压实以及工程验收等5 个基本阶段，具体的工艺实施流程与内容如下。

1）施工准备阶段。施工前应先进行试桩，以确定挤密桩的成孔方法和挤密效果。在试桩完成后，根据试桩结果调整施工参数，并确定正式施工的工艺流程和技术的总体要求，设计施工方案以及后续的验收标准。该过程是保障挤密桩施工质量的关键环节[2]。

2）成孔阶段。成孔是挤密桩施工的第一步，其目的是形成桩孔，为后续的填料夯实提供空间。成孔的方法有多种，包括冲击成孔、振动成孔、水冲成孔等。不同的成孔方法适用于不同的土质条件和工程实际情况。在湿陷性黄土地区，一般采用冲击或振动成孔方式。冲击成孔是指在桩管的一侧悬挂重锤，将重锤提升一定高度后释放，使其自由下落，利用重锤的冲击力将土层冲击松散，从而形成桩孔。冲击成孔的优点是适用范围广，成孔速度快，但噪声较大。振动成孔是利用振动器在桩管外侧产生高频振动，使土层被振动松散，从而形成桩孔。振动成孔的优点是成孔速度快，噪声较小，但适用范围较窄，对硬土层的成孔效果不如冲击成孔。在成孔过程中，应注意控制桩管的垂直度和深度，避免出现偏差。成孔结束后，需要进行清孔，将孔底的松散土和杂物清理干净。

3）填料与夯实阶段。该阶段，将填料填入桩孔中，填料的选择应根据设计要求进行，一般采用素土、灰土或石灰粉等材料。填料应进行过筛，并加入适量的水，以保持其松散状态。填料与夯实阶段可以同时进行，采取边填边夯的方式进行逐层施工。填料夯实是挤密桩施工的关键步骤之一，其目的是为了使填料达到设计要求的密度，从而实现土体的挤密效果。在夯实过程中，应注意控制填料的分层厚度和夯实次数，避免分层厚度过大或夯实次数过多，导致填料密度不均或桩体损坏。填料的分层厚度和夯实次数应根据工程实际情况和设计要求进行确定。在夯实过程中，应采用计时或计数的方式进行控制。在夯实结束后，需要进行地面压实，以使填料更加密实，达到更好的挤密效果。

4）位移与压实阶段。大密度挤密桩是保障施工质量与效果的有效手段，但在实际施工中无法保障全部挤密桩同时施工，进而多采用移位的方式进行顺序施工。此种工程方式使得挤密桩在位移中，将桩管移动到下一个需要施工的桩孔位置。在移位过程中，应注意保持桩管的垂直度和深度，避免出现偏差。移位时需要保持适当的压力，使桩管能够顺利地拔出。移位结束后，需要进行清孔，将孔底的松散土和杂物清理干净。位移的同时要对挤密后的桩孔进行初步压实，并在所有桩孔填料完成后，进行总体的地面压实，以使填料更加密实，达到更好的挤密效果。

5）验收。在完成施工后需要对挤密桩的施工效果进行验收与评估，其目的是为了检查施工质量是否符合设计要求。验收内容包括桩位、桩长、填料密度、挤密效果等。验收合格后，方可进行下一步施工。验收过程中应注意测量桩体的垂直度和深度，检查填料的密度和挤密效果是否符合设计要求。如发现偏差或不符合要求的情况，应及时进行纠正和处理。

2.2 挤密桩施工的主要参数要求与优化

挤密桩施工参数在确定的过程中应综合考虑工程实际情况、地质条件、设计要求和施工经验等诸多因素。一般情况下，确定挤密桩施工参数应进行试桩实验，以检验各项参数是否合理，并确定正式施工的工艺流程和技术要求。试桩实验应尽可能模拟实际施工条件，进而确定最终的施工参数，保证挤密桩施工的质量和安全。挤密桩工艺的主要参数包括了成孔、填料、夯实与压实等。

在成孔参数的确定过程中，参数包括桩管直径、桩管壁厚、桩管长度等。这些参数应根据设计要求进行选择。以冲击成孔施工工艺为例，其冲击力的设定与桩管直径、土体特征等相关因素有关，公式为

式中：F 为冲击力；D 为桩管直径；H 为冲击次数；γ 为土体密度。

在填料与夯实参数确定中，填料与夯实参数包括填料的种类、粒径、含水率、夯实次数等。填料的种类和粒径应根据土质条件和设计要求进行选择，常用的填料有素土、灰土等。填料的含水率应根据实际情况进行调整，一般控制在10%～15%左右。夯实次数应根据设计要求进行确定，一般为8～12 次[3]。在位移与压实参数的确定中，位移与压实参数包括移位的距离、压实的压力、压实的次数等。移位的距离应根据设计要求进行确定，一般为2～3 m。压实的压力和次数应根据实际情况进行调整，一般控制在50 kPa～100 kPa 之间，压实次数为2～4 次。

3 湿陷性黄土地区挤密桩复合地基沉降变形特性

3.1 工程简介

该工程为某高层住宅楼工程，位于陕西省西安市湿陷性黄土地区，总高度为72 m，共22 层，建筑面积为12 600 m2。在工程建设中，需要进行地基处理以消除地基的湿陷性，提高地基的承载力。

3.2 挤密桩的参数选择与实施

在该工程中，采用了直径为500 mm 的钢筋混凝土预制桩，桩长为20 m，桩间距为1.2 m×1.2 m。在施工过程中，先采用冲击成孔法成孔，然后采用素土进行填料夯实。填料分层厚度为0.15 m，每次夯实次数为6 次，总共进行4 次夯实。在夯实过程中，采用水准仪进行垂直度控制，以保证桩体的垂直度。

3.3 复合地基沉降变形特性

经过挤密桩处理后，对其施工效果进行验收，并通过对比施工前后沉降变形数值模拟的方式对其特性进行研判，发现经挤密桩处理后，湿陷性黄土地区复合地基沉降变形呈现出如下两方面特性。

一方面，压缩模量有效提高。挤密桩地基处理方法可以通过提高地基土的承载力和压缩模量，从而减小地基的沉降量。特别是在湿陷性黄土地区，挤密桩地基处理方法通过消除地基的湿陷性，减小地基的沉降量。该工程在采用直径为500 mm 的挤密桩进行地基处理后利用素土进行填料夯实，分层厚度为0.15 m，夯实次数为6 次。初始压缩模量为5 MPa，经过挤密桩地基处理后，地基土的压缩模量可以提高到11.6 MPa。

另一方面，沉降均匀且沉降速率缓慢。挤密桩地基处理方法可以通过调整桩体的直径、长度和间距等参数，使地基土的压缩层得到有效加固，从而保证地基的沉降均匀性。同时，在挤密桩地基处理方法中，填料夯实程度往往比较高，可以提高地基土的压缩模量和承载力，从而减小地基的沉降速率。同时，经挤密桩地基处理方法的地基加固效果也可以降低地基土的压缩速率，从而减缓地基的沉降速率。根据数值模拟分析，可知挤密桩地基处理后的复合地基沉降量约为200 mm，沉降速率约为0.05 mm/d。其中，桩体的沉降量约为80 mm，桩间土的沉降量约为120 mm。在施工期间，由于填料的夯实和桩体的贯入，会对地基土产生一定的扰动和重塑，导致地基土的压缩速率较快，但随着时间的推移，地基土的压缩速率会逐渐减缓。

4 结束语

本文通过分析湿陷性黄土地质特征、应用优势、应用流程，以挤密桩为主要施工工艺，选择合适的挤密桩参数，并利用具体的工程实例研究了挤密桩施工下的地基沉降变形特性，认为挤密桩工艺在湿陷性黄土地基处理中所需要材料少、对环境的影响小，是一种经济有效的地基处理方法。