多层建筑物地基的加固振冲挤密碎石桩的应用探讨.doc

多层建筑物地基的加固振冲挤密碎石桩的应用探讨 于世见 曹金玲利用振冲器的振动和压力水的冲击力的共同作用，在软弱地基中成孔后填入一定的碎石，经过振动挤密而成为碎石桩，并与桩间土共同工作形成复合地基来加固软弱地基，这在低层工程中是常用的处理方法之一，工程实践也证明了这是可行和经济的。但这种方法应用到处理多层（十层左右）建筑的地基中是否可行，是值得探讨的。从振冲挤密碎石桩的作用机理来看，这种方法应用到多层建筑的地基处理上是完全可行的。由于振冲器的强烈振动作用，桩周围的土质在一定范围内得到不同程度的挤密和振实，从而形成由碎石桩和土体共同作用而构成的复合地基，起到加固地基的作用。在振冲器的强烈振动作用下，桩周围的土围绕以桩为中心向外不同程度的形成三个区，即振实区、挤压区、压密区。在这三个区中，振实区受到振冲器反复振动和侧向挤压作用，原状土的结构受到破坏，孔隙水渗出液化后，土颗粒排列紧密，且随着固结时间的增长而更加密实。挤压区振冲作用于减小，但仍受一定程度的挤压和振动，而以挤压作用为主。压密区主要受振冲器的水平振动和侧向压力衰减后的振动压力作用，土颗粒有一定程度的压密。压密区之外是受影响不大的弹性区。虽然随着土质的不同三区范围的大小有所变化，但振冲器的作用机理是一样的。所施加的碎石等填料，主要是充实振实区，形成多根碎石桩体和其它区的土体构成复合地基，起到加固地基的作用。振冲挤密碎石桩与桩间土所构成的复合地基，一般可将原地基承载力提高1.5-2倍，沉降量减少1/3-2/3。这是由于碎石桩的压缩模量比土大的多，地基反力所产生的应力向桩体集中，形成波形分布，桩体应力大，桩间土应力小。故而碎石的刚度比其周围土大的多，因此，地基中的应力将按材料刚度的大小重新分布。这样，碎石桩集中承担了大部分荷载，减小了土所承担的压力。同时，随着复合地基的刚度和稳定性的增加，复合地基的承载力大提高，使压缩量减少。通过以上分析可以看出，利用振冲器挤密碎石桩加固多层建筑物的软弱地基是可行的，也是经济的。现将实际应用的一工程介绍如下。该工程占地面积900余平方米，主楼10层，局部11层，高30米。类建筑，安全等级为一级，地基基本烈度为六度，地质情况详见表二。根据地质报告的建议和工程实际的要求，决定采用振冲挤密碎石桩来加固地基，使其地基承载力由原110Kpa提高到200Kpa。并依据地质报告，确定采用第三层粉质粘土为持力层。此层底界标高在45.15-45.82米。根据标贯试验，该层属中压缩性土，地下水位在2.3米左右。梅花形布桩桩距1.441.05米，桩径600mm，石子粒径2-cm，平均桩长8米。计算采用以下公式：R复=RKtg2(45+/2)Ac+RKAs/A式中：R：原地基土承载力。（Kpa）：挤密后桩间土强度增长系数，根据理论和经验一般取1.3-1.5。Ac:碎石桩截面面积。（M2）As:单元桩间土截面积。（M2）：单元面积。（M2）：碎石桩的内摩擦角。根据试验或实际经验，一般取38度。因此：R复=1101.3tg2(45+38/2)0.2826+1101.31.2294/1.512 =228.63KpaR计=200 Kpa由此可见,布桩形式和设计的桩径等均符合设计要求。本工程地基处理完成后，进行了测试，共测试了五组，检测结果如下：试1桩：桩允许承载力280Kpa，桩间土允许承载力160Kpa。复合后允许承载力值f=200Kpa,压缩模量Esp=13Mpa。试2桩：桩允许承载力280Kpa，桩间土允许承载力160Kpa。复合后允许承载力值f=200Kpa,压缩模量Esp=13Mpa。试3桩：桩允许承载力220Kpa，桩间土允许承载力180Kpa。复合后允许承载力值f=193Kpa,压缩模量Esp=20Mpa。试4桩：桩允许承载力280Kpa，桩间土允许承载力160Kpa。复合后允许承载力值f=200Kpa,压缩模量Esp=13Mpa。试5桩：桩允许承载力280Kpa，桩间土允许承载力180Kpa。复合后允许承载力值f=213Kpa,压缩模量Esp=18Mpa。根据JGJ79-91建筑地基处理技术规范附录复合地基载荷试验要点规定，试验点的数量不应少于3点，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取平均值为复合地基承载力标准值，所以，通过检测结果也可以看出，利用振冲挤密碎石桩处理多层建筑物的地基，完全符合有关规范规定的，是切实可行的。试桩荷载与沉降关系详见表一。振冲挤密碎石桩对桩周围土的挤密和对松散或软弱土的置换，能很好地提高地基承载力，就本工程而言，强度提高了65%以上。并且由于振冲挤密碎石桩对地基的挤密作用，可提高液化土层的有效上覆压力，改善地基土的排水条件，降低砂土液化的可能性，可见振冲挤密碎石桩应用于多层建筑物的地基处理中是有着广泛的发展前途的。表一 试桩荷载沉降关系表试1桩桩荷载Kpa4080120160180200220240260280300320340沉降mm1.484.527.5613.5617.1619.2423.1025.1427.9430.7335.9841.4052.55土荷载Kpa406080100120140160180200沉降mm2.564.307.7711.1415.4322.6829.3646.74试2桩桩荷载Kpa4080120160180200220240260280300320340沉降mm1.454.237.5213.4416.9519.5619.9622.0724.7526.9432.1437.9844.49土荷载Kpa406080100120140160180200沉降mm2.524.347.7411.0015.3922.6829.2548.07试3桩桩荷载Kpa4080120160180200220240260280300沉降mm1.244.188.0513.8817.8121.8425.8634.5440.4246.2053.32土荷载Kpa406080100120140160180200沉降mm2.364.045.768.1310.3814.2517.7521.9431.24试4桩桩荷载Kpa4080120160180200220240260280300沉降mm1.564.327.6513.8815.4217.8520.8023.8027.0030.1837.04土荷载Kpa406080100120140160180200沉降mm2.484.197.7211.0115.3822.6429.2244.17试5桩桩荷载Kpa4080120160180200220240260280300沉降mm1.534.287.7014.0215.4417.8820.8223.2026.9730.1837.24土荷载Kpa406080100120140160180200沉降mm2.394.125.808.1510.4814.3419.4424.6635.94表二 地质情况层数地质年代土层描述状态湿度密度孔口标高取土深度米厚度米层底标高米地下水位米初见水位静止水位1Q4耕土:褐黄色,含植物根,细粉砂等稍湿松散49.34米0.62.302粉土:褐黄色,含较多铁锰质,细粉砂等可塑湿1.53粉粘土:褐黄色、杂色,含铁锰质,中粗砂粒等可塑湿2.74粉土:灰褐、土黄色、杂色,含较多中粗砂粒，铁锰质,薄粘土层软塑可塑很湿湿5.4-5.63.06中粗砂