山地地區雙樁組合法處理濕陷性黃土

徐有娜， 王文哲， 涂序超， 龐振飛

(1.建設綜合勘察研究設計院有限公司， 北京 100007； 2.龍源(北京)風電工程設計咨詢有限公司， 北京 100032；3.桂林理工大學 土木與建筑工程學院， 廣西 桂林 541004； 4.深圳市水務規劃設計院股份有限公司， 廣東 深圳 518100)

濕陷性黃土浸水后，原來的穩定結構遭到破壞，黃土顆粒間發生物理和化學變化，土體強度降低，主要表現為地基發生濕陷性變形和整體下沉或不均勻沉降，地基承載力大幅下降，嚴重影響建筑物的安全使用。國內用于處理濕陷性黃土問題的主要辦法有擠密樁法[1,2]、夯實法[3]、土體加固法[4]。周茗如等[5]研究了水泥漿注漿在濕陷性黃土中的加固機理，得出了水泥漿液能有效加固黃土，在壓力作用下能快速對黃土濕陷性進行補償。吉任等[6]探究了水泥土擠密樁在含鹽濕陷性黃土的處理效果，水泥土擠密樁可以減小黃土濕陷性并提高地基承載力。李本挺等[7]通過現場探井取樣評價場地處理后黃土的土體性質，灰土擠密樁處理過后的黃土地基孔隙比減小，干密度增大，濕陷性消除。劉明軍等[8]通過素土擠密樁的方式處理濕陷性黃土，素土擠密樁可以有效地消除黃土的濕陷性，降低壓縮性。王雪艷[9]研究碎石樁加固濕陷性黃土，對其承載力和沉降變形的影響，碎石樁對深度3 m以內的樁間土有較好的擠密效果，可有效消除濕陷性。

以河北張家口市某工程為研究對象，對素土擠密樁和CFG雙樁組合法處理濕陷性黃土后的地基進行靜載試驗和輕型圓錐動力觸探試驗，并對地基處理完成后的樓座進行沉降監測。

1 工程概況

1.1 場地條件

該項目位于河北省張家口市橋東區楊家墳二五一醫院東側，項目為17棟住宅樓加地下車庫?？辈旃ぷ縻@探最大揭露深度為54 m，場地存在粉土狀黃土，結合本次勘察室內土工試驗資料及區域地質資料可知，擬建場地內粉土、粉質黏土層具輕微～中等濕陷性，不具自重濕陷性，濕陷系數為0.015～0.069，經計算得勘探點濕陷量均小于700 mm，地基濕陷等級判定為Ⅰ～Ⅱ級，且隨深度加深總體上呈減弱趨勢，濕陷層最大深度至地表下12.20 m處，有必要對場地進行地基處理。

1.2 濕陷性黃土處理深度的選取

地質勘察階段從現地面探井取樣，通過土工試驗得到6號樓基底下部濕陷性黃土濕陷系數隨深度的分布情況如圖1所示，黃土的分布深度與黃土的濕陷性有著密切的關系。從圖1可以看出，隨著黃土的深度增加，黃土濕陷系數逐漸降低，最大濕陷系數為0.069，濕陷系數較大的濕陷性黃土主要分布在2～6 m之間，因為這一深度的土層形成較晚，受外界環境影響的變化較??；當濕陷系數小于0.015時，可認為黃土沒有濕陷性，本地區非濕陷性黃土在勘探范圍的深度內均有分布，而濕陷性黃土的分布深度主要集中在1～12 m之間。在地基處理工程中，若要消除黃土的濕陷性，只需要處理地面以下12 m深度以內的濕陷性黃土即可。

2 素土擠密樁及CFG樁設計

本工程采用素土擠密樁和CFG樁組合消除濕陷性黃土的影響并提高地基承載力。將填土層全部挖除至原狀黃土，施工素土擠密樁。素土擠密樁樁徑600 mm，樁孔按正三角形布置，樁間距1 300 mm，樁長5 m。其上采用素土換填碾壓密實至設計基底標高20 cm，素土換填壓實系數不小于0.96。CFG樁樁徑400 mm，按正方形布樁，樁間距1 800 mm，一般樁長12 m。CFG樁成孔遇風化巖入巖1 m即可停止。素土擠密樁和CFG樁及地基檢測點分布圖如圖2所示。

圖1 濕陷性系數隨土層深度變化圖圖2 6號樓樁位布置及檢測點布置圖

3 試驗結果分析

3.1 鉆探取土濕陷性試驗分析

在6號地庫的素土擠密樁施工完成后，檢測布設13個樁間取土檢測點，采用勘探鉆機跟管鉆進干作業工藝，在處理影響深度范圍內自上而下按照豎向間距1.0 m?、窦壴瓲钔翗?，依據檢測布設的13個點的土樣室內濕陷性土工試驗，試驗結果和取樣過程如圖3和圖4所示。由圖3可知，在素土擠密樁處理深度范圍內，13個檢測點的土樣濕陷系數均小于0.015，根據濕陷性的規定可知各點影響深度范圍內的土樣均不具有濕陷性，且大多數土樣的濕陷系數小于0.005，處理效果十分明顯。本項目采用素土擠密樁能很好地消除黃土地基的濕陷性，滿足設計要求。

圖3 檢測點土樣濕陷系數隨土層深度變化圖

3.2 輕型圓錐動力觸探試驗分析

輕型圓錐動力觸探對比試驗利用一定的錘擊能量(錘質量10 kg)，將一定規格的圓錐探頭打入素土擠密樁體、樁間土及未施工素土擠密樁濕陷性區域，探現場試驗圖如圖5所示。根據樁體、樁間土檢測點貫入錘擊數，與對比點貫入錘擊數對比，判定素土擠密樁施工區域地基擠密效果。在施工完成后，按施工完成總樁數1%比例檢測布設了102個原位測試檢測點(素土擠密樁體及樁間各51個點，共102個點)，并在未進行素土擠密樁消除濕陷性區域布設1個原位測試對比點。通過將102個原位測試檢測點與1個原位測試對比點擊數數據對比分析評價擠密效果。

與未處理點相比，經過素土擠密樁地基處理后在相同深度范圍內，輕型動力觸探試驗擊數一般都會增加，增加范圍約在0～50擊之間。說明處理后的土體更加密實，地基承載力有所提高，且N10擊數均大于25擊，符合相關規范規定，滿足設計要求。6號樓地基輕型圓錐動力觸探對比曲線如圖6所示。

3.3 單樁靜載檢測試驗數據分析

6號樓復合地基有單樁檢測試驗點3個、復合地基檢測試驗點3個。將6號樓復合地基的CFG樁單樁豎向抗壓靜載檢測試驗的試驗數據繪制成荷載-沉降曲線如圖7所示。

由圖7可知，本次6號樓試驗的3根CFG樁DS6-D1、DS6-D3、DS6-D4的荷載-沉降曲線為緩變型曲線，樁處于彈塑性變形階段。本次試驗的最大荷載為1 000 kN，3根樁對應最大試驗荷載的沉降分別為5.74 mm、6.32 mm、3.77 mm，可知3根試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力大于1 000 kN，由此可知3根試驗樁的單樁豎向抗壓承載力特征值大于500 kN，滿足設計要求。當試驗荷載達到單樁豎向抗壓承載力特征值時，3根樁對應的沉降分別為：DS6-D1為1.31 mm 、DS6-D3為1.66 mm、DS6-D4為1.10 mm。

3.4 復合地基靜載檢測試驗數據分析

將6號樓復合地基的CFG樁復合地基豎向抗壓靜載檢測試驗的數據繪制成荷載-沉降曲線如圖8所示。

由圖8可以看出，6號樓復合地基檢測試驗的3個點的荷載-沉降曲線均為緩變型，加載過程復合地基處于彈塑性變形階段。6號樓復合地基要求達到的豎向抗壓承載力250 kPa，本次試驗的最大荷載為494 kPa，約為設計荷載的2倍，誤差不超過2%；復合地基豎向抗壓承載力特征值按極限荷載的1/2取值，即可取250 kPa；當荷載為494 kPa時3個點的沉降量分別為15.02 mm、15.15 mm、22.17 mm。由于荷載-沉降曲線為緩變型，若按相對變形取值，s為復合地基靜載荷試驗泵壓板的沉降量，b為承壓板寬板，對于6號樓地基土體，可取s/b等于0.01時所對應壓力，即取s=16 mm時所對應的荷載為復合地基豎向抗壓承載力特征值，由圖可知s=16 mm時3個點對應的特征值均大于250 kPa。依據規范里的2種規定，均滿足設計要求。當實驗荷載為247 kPa時，3個點的沉降量分別為4.21 mm、4.42 mm、6.81 mm。

4 實測數據對比分析

在6號樓四周布置10個樓座沉降監測點，監測6號樓至封頂階段內樓座的沉降量，監測點沉降位移曲線圖如圖9所示。由圖可知，沉降位移曲線先陡增后趨于平穩。這是由于上部樓層荷載增加，導致樓座沉降量劇增，封頂階段上部荷載不變，沉降量趨于穩定。所有監測點沉降位移均先增大后趨于平穩，最大實測沉降位移為監測點6-4，沉降值5.82 mm，接近于試驗測得的沉降量6.81 mm。

圖8 6號樓復合地基荷載-沉降曲線圖圖9 6號樓監測點沉降位移曲線圖

5 結 語

(1)采用素土擠密樁和CFG樁組合式樁處理濕陷性黃土，可知組合樁可以改量土的物理力學性質，使處理后的地基土濕陷性降低至0.015以下，很好地消除了黃土的濕陷性。通過輕型圓錐動力觸探試驗可知素土擠密樁處理后土體更加密實，擊數一般比對比未處理點增加0～50擊，且擊數滿足相關規范要求。

(2)組合式樁處理后地基土單樁承載力和復合地基承載力得到提高，承載力均滿足規范要求，處理方法設計合理。