天津开发区地下交通空间用石灰桩处理地基失败原因初步分析

1、天津开发区石灰桩处理地基不成功的原因初步分析一、 前言天津开发区地下交通工程，地层除表面层为4.05.0m的杂填土外，以下为12.0m的淤泥质粘土，地下水位在地表下2.0m左右。基坑开挖深度13.0m，基底下为5.0m左右的淤泥质粘土，为保证地下交通工程基底的稳定性，设计要求，用振动沉管石灰桩法，对基底下淤泥质粘土进行加固处理。在试桩过程中，当沉管达到预定的深度后，向管内倾倒石灰填料，振动提出管后经检测，孔内石灰桩顶距地表8.0m，说明石灰桩上浮了。几次试桩后仍没有成孔。后设计院改为深层搅拌桩进行地基处理。本文就淤泥质粘土中试桩失败原因进行初步分析。二、 工程地质及地下水条件(一) 工程地质概

2、况自地表依次向下，1层杂填土，厚度0.44.2m，2杂填土，厚度0.43.7m；层粘土，厚度0.62.0m；1层粉质粘土厚度2.1m，2层淤泥质粘土厚度12.0m，3层粉质粘土，厚度2.4m；层粘土，厚度2.6m；层粉质粘土，厚度4.0m，(二) 地下水情况表层潜水水位埋深1.42.4m，一般为2.00m左右，微承压水埋深26.028.0m，承压水头4.62m。说明基坑开挖的深度和地基处理的深度范围内的土层都处于潜水层内，在此范围内的土体完全处于饱和状态。工程地质和水文地质情况见图一。三、 设计对地基处理的要求根据地勘报告，本工程地质条件较差，基坑深度范围内的2层淤泥质土粘土厚度为12.0m，

3、为减少维护结构变形和基坑开挖对周围环境的影响，防止地下车库和通道的不均匀沉降，需要对基底下的淤泥质粘土进行加固处理，设计要求采用振动沉管石灰桩进行处理，桩径400mm，桩间距1.5m，石灰桩加固桩底标高-14.8m，地面大沽标高4.0m，总孔深18.8m。四、 淤泥质粘土淤泥质粘土是粘土在自然条件下所处的一种状态，这种状态与其含水量（）和孔隙比（e）有密切的关系。当粘土孔隙比e1.0时，粘土呈现硬或可塑状态，当粘土含水量液限含水量（l）。当孔隙比1.0e1.5时为淤泥质粘土，当孔隙比e1.5时为淤泥。五、 施工方法及试桩(一) 施工方法根据施工安排，成孔设备采用振动沉管法成孔，成孔后向管内填料

4、振动提管成桩。成孔是从原地面做起，需加固深度，自基底向下至-14.8m，基底标高最深处为-9.00m、本工程中标高是以大沽标高为准，大沽标高为4.303m。振动沉管施工的设备见图二(二) 试桩振动沉管和成孔达到设计深度后，按设计要求向管内倒入生石灰料，填料达到设计标高之后，振动提管，管提到地面后，检查填料的顶标高，深度距孔口约8.0m，设计是-9.00m位置，即13.0m深度，说明孔中填料被顶托上来。经现场研究怀疑管底部活瓣管尖，没有打开，见图三(a)，经研究决定将活瓣管尖锯掉，换成钢筋混凝土桩尖，见图三(b)，并改用碎石做填料进行试验，而且碎石填料填筑高度远大于地基处理深度，试桩结果，仍然达

5、不到要求，最后设计改用深层搅拌桩进行地基处理。六、 初步分析根据我国用振动沉管法处理厚度较大淤泥质粘土层，由于含水量高，灵敏度高的淤泥质粘土层，往往要发生缩颈，断桩，充盈系数过大等施工质量问题。像淤泥质粘土这样高灵敏度的土，在振动力作用下，土的结构极易破坏，强度大大降低，直至发生液化。振动沉管无论成孔还是成桩都是极其困难的。为便于分析，依据地质剖面图(如图一)的地层内土层构造情况和建筑物主要构造及基坑开挖的情况，下面将成孔和成桩过程中，管底部作用的各种力学系统如图四。图中各作用力系的意义如下：G石灰桩填料重 G=1h1d2/41石灰桩填料的容重h1石灰桩填料高度f石灰桩与沉管内壁的摩阻力f=d

6、ld沉管内径l为石灰桩填筑的高度石灰桩与沉管内壁单位摩阻力P淤泥质粘土在振动状态下，失去强度时的压力P=2 h22淤泥质粘土在失去强度状态下的饱和容重h2淤泥质粘土在失去强度状态下，振动沉管底以上图四 饱和淤泥质土中振动沉管石灰桩受力分析部分淤泥质粘土高度。根据图四分析，振动沉管底部受力可能有三种情况：(一) 淤泥质粘土虽然被振动，但结构没有完全破坏，此时，P0.0，在可能成孔的情况下，虽然会成桩，但会发生径缩，断桩，或充盈系数过大，成桩的质量受到了严重的影响；从现场检查看，本工程不属于此类情况，是不能成孔，也不能成桩的情况。(二) 淤泥质粘土，在振动力作用下，土的结构完全被破坏，发生了液化，不能成孔，这时会出现两种情况，1. 沉管到位后，石灰填料量也达到了设计要求，此时GP+f，就是说在振动提管时管底部已经充满了液化的淤泥质粘土，管底部很大压力，给管中的填料产生很大顶托力，使管中的石灰填料不能自由下落。2. 当不断向上提管到某一高度时，液化淤泥质粘土压力(顶托力)逐渐减小，即发生GP+f时，随着提管，石灰(或碎石)填料不断下落，并落入液化了的淤泥质粘土中，根本不可能成桩，如果不断向管内充料，充盈系数将会是很大的。七、 结语对于在厚层，高灵敏度的淤泥质粘土中，进行深部(13.0m以下)地