夯实水泥土桩处理湿陷性黄土地基的应用研究

1、夯实水泥土桩处理湿陷性黄土地基的应用研究摘要：结合夯实水泥土桩法处理湿陷性黄土地基的工程实例，对夯实水泥土桩法的加固机理、设计、施工工艺、处理效果进行了分折、探讨。并参考类似工程，探讨了夯实水泥土桩法的适用条件。关键词：湿陷性黄土；夯实水泥土桩法；复合地基；承载力1.概述 湿陷性黄土在我国分布较广。大部分分布在在黄河中游地区，除河流沟谷切割地段和突出的高山外，湿陷性黄土几乎遍布本地区的整个范围，而积达27万平方公里。湿陷性黄土粒度成分以粉土颗粒为主，含量60%以上。孔隙比较大，结构松散，具有肉眼可以看见的竖向针状圆孔，天然剖面上垂直节理发育，富含碳酸钙盐类。最重要的是在一定压力下受水浸湿后结构

2、迅速破坏而发生显著附加下沉即湿陷性，其对黄土地区工程的稳定带来潜在的危害。研究合理合适的湿陷性黄土地基处理方法十分重要。 湿陷性黄土地基处理方法有重锤表层夯实、强夯、垫层、挤密桩、热处理、预浸水、水下爆破、化学加固和桩基础等。吴燕开等1采用强夯法、灰土挤密桩法以及冲击碾压法三种方法处理西湟一级公路湿陷性黄土，对并湿陷性黄土处理前、后的静力触探与室内土工试验资料以及处理效果进行对比、分析。陈莉等2、彭洪等3分析了灰土挤密桩施工、夯填工艺、挤密特征及处理效果。冯宇4、李增华5研究了强夯法加固湿陷性黄土地基施工方法，并对强夯理论和设计方法进行了研究和探讨。因此，湿陷性黄土地基处理应根据场地的湿陷类型

3、、沉陷等级和工程要求，通过技术经济综合比较、因地制宜地选取地基处理方法，并对处理效果进行检验。现结合山西运城深国投商业中心夯实水泥土桩法处理湿陷性黄土地基实例，对夯实水泥土桩设计、施工、夯填工艺、处理效果分析研究。 2.工程概况 运城深国投商业中心位于山西省运城市学苑路与河东东街交叉口东北处。平面尺寸144.5mx79.3m，地面以上3层，地下1层，框架结构，基础埋深3.0m。 3.工程地质条件 地基土为第四系上更新统湖积、冲积的粉土、粉质粘土及盐渍土等。自上而下可划分为8层： 粉土（Q4al+l） 包含植物根基、碎石子等，局部为混凝土地板，层厚0.31.0m,局部为5.9m。 粉土（Q4al

4、+l） 褐黄色，稍湿，中密，摇震反应中等，干强度低，韧性低，无光泽，偶见蜗牛碎片、少量钙质结核、夹白色条纹等。具湿陷性及中等压缩性。标贯实测击数7.010.0击，层厚为0.52.7m,层底深度1.28.0m, 层底高程94.4798.88m。承载力特征值130KPa。 盐渍土（Q4al+l） 浅黄浅灰色，稍湿，稍密，摇震反应中等，干强度低，韧性低，无光泽。含大量白色晶体、少量芒硝、少量虫孔等，粘粒含量高。具湿陷性及中等压缩性。标贯实测击数5.017.0击，层厚为1.04.5m,层底深度4.06.5m, 层底高程93.5495.63m。承载力特征值115KPa。 盐渍土(Q4al+l) 浅黄色，

5、稍湿湿，稍密，摇震反应中等，干强度低，韧性低，无光泽。含大量白色晶体、少量芒硝、少量虫孔等，粘粒含量高。标贯实测击数5.014.0击，层厚为5.87.2m,层底深度10.014.0m, 层底高程87.3489.14m。承载力特征值120KPa。 粉土（Q3al+l） 褐黄色，稍湿至湿，摇震反应中等，干强度低，韧性低，无光泽，含黑色斑点、砂及云母等。具中等压缩性。标贯实测击数7.017.0击，层厚为7.27.6m,层底深度15.515.6m, 层底高程84.1684.28m。承载力特征值135KPa。 粉质粘土（Q3al+l） 浅黄浅灰色，软塑流塑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，含

6、黑色斑点、少量粉细沙等，局部有黑色条纹。中等压缩性。标贯实测击数4.017.0. 层厚为2.39.3m,层底深度18.024.8m, 层底高程74.9882.13m。承载力特征值120KPa。 粉土（Q4al+l） 褐黄色，湿，中密，摇震反应中等，干强度低，韧性低，无光泽，含少量粉细沙、云母碎片、钙质结核等。具中等压缩性。标贯实测击数12.027.0. 层厚为0.55.0m,层底深度25.029.0m, 层底高程70.9375.91m。承载力特征值150KPa. 粉土（Q4al+l） 褐黄色青灰色，湿，密实，摇震反应中等，干强度低，韧性低，无光泽，含少量钙质结核及云母等。具中等压缩性。标贯实测

7、击数24.025.0击，本层未穿透，揭露的最大厚度2.5m。承载力特征值175KPa。 场地东部为自重湿陷性场地，地基湿陷性等级为III级外，其余为非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷性等级均为II级。湿陷性土层深度为9.5m。 地下水位在自然地坪下14.216.1m，若以高程计为84.4384.96m。地下水类型为潜水。近年来地下水位变化幅度约为1.01.5m。 场地的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。抗震设防类别为丙类。 4.夯实水泥土桩法地基处理 该场地为自重、非自重湿陷性场地，地基湿陷性等级为II、III级。拟建建筑物为丙类建筑物，依照湿陷性黄土地区建筑规范（GB5002

8、5-2004），应消除地基上部分湿陷量。考虑建筑物的荷载特征。依据当地经验、并结合场地地基现状，选用夯实水泥灰土桩法处理地基。 4.1夯实水泥土桩法加固地基原理 夯实水泥土桩法利用机械成孔或人工挖孔，然后将水泥和土按设计的比例拌和均匀，在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体与桩间土组成复合地基的地基处理方法。 夯实水泥土桩通过夯实过程中对桩间土的挤密和加固体填料的夯实两个方面共同作用，有效消除黄土的湿陷性并使地基强度得到显著提高。 4.2夯实水泥土桩法设计 1）桩长 桩长7.10m。 2）桩孔直径、桩距及布桩型式 桩径550mm，桩间距1.2m，正三角形布设。总桩数10633根。 3）桩体

9、及桩间土挤密要求 桩体材料为水泥土混合料，水泥掺量18%。桩体水泥土压实系数0.96，桩间土平均挤密系数0.93。 4）垫层 夯实水泥土的变形模量远大于土的变形模量，为了调整基底压力分布，设置厚300mm的褥垫层。褥垫层材料中砂。 4）地基处理目标 消除地基土的湿陷量，复合地基承载力315Kpa。 4.3夯实水泥土桩法施工 1）施工工艺 清理平整现场测量放线布置桩位冲扩成孔成孔检测分层填料、夯实成桩检测。 2）质量控制 成孔：成孔过程中保证钻机就位水平，锤击过程桩孔垂直度偏差小于1.5%H(桩长) 。 拌料：土料有机质含量小于5%，水泥选用32.5复合硅酸盐水泥，铝酸三钙含量不大于5%。精确控

10、制拌合料的含水量及水泥掺量。 填料、夯实、成桩：孔内填料前首先将孔底夯实、夯平，夯实次数不少于4次。分层填料，每层填料虚铺厚度700mm；落锤重1T，提升高度不小于4.0m，每层夯击次数1012锤，夯实厚度1045cm。 施工要点：成孔过程应遵循先外后里的原则，隔行隔排间隔两孔跳打。夯实系数不小于0.96，桩间土挤密系数不小于0.93。桩孔深度偏差值在0+50mm范围以内；桩孔直径偏差不小于-20mm；桩位偏差不大于22cm。当日抽样检测桩孔数量不小于当天施工总桩数的2%。 4.4处理效果 地基处理完成15日后对夯实水泥土桩处理效果分别进行了7根单桩静载试验和7根复合地基静载试验，确定单桩及复

11、合地基竖向承载力特征值是否满足设计要求。并开挖9个探井，检测地基土湿陷性消除情况。 图1为7根单桩静载荷实验结果，图2为7根 图1 单桩静载Q-S曲线 复合地基静载荷实验结果。可以看出无论是单桩还是复合地基的承载力特征值均大于315KPa，复合地基承载力显著增加。满足工程要求。 图2复合地基静载Q-S曲线 表1列出了夯实水泥土桩处理前后相应位置两 个探井地基土的部分物理、力学指标。处理后地基土的天然孔隙比得到明显改善，孔隙比平均减少18%，最小的也减少达15%；干密度增加，平均提高10%，最小的也提高达8%；压缩性显著减小，平均减小高达57%，最小的也减少达18%；复合地基土的湿陷系数均小于0

12、.015，部分土体的湿陷系数甚至为0.001，全部消除了地基土的湿陷性。达到了工程预期效果。 表1 夯实水泥土桩处理前后地基土的部分物理、力学指标 5.结论 采取夯实水泥土桩处理地基方法可以有效消除或减小黄土的湿陷性，处理后的复合地基强度和抗变形能力得到明显提高。从本工程看，地基承载力提高了近2倍，孔隙比平均减少18%，干密度平均提高10%，压缩性显著减小，平均减小高达57%，全部消除黄土湿陷性。结合类似工程的经验得出：夯实水泥土桩地基处理方法适应于处理地下水位以上的粉土、粘性土、素填土。施工工艺简单，质量易于控制，造价低，经济、社会、环境效益明显。适用性强，有极大发展潜力。 参考文献 【1】 吴燕开，邱勇，李永利。西湟一级公路湿陷性黄土处理探讨。公路交通科技，2004，21（4）：2832 【2】 陈莉，