挤密桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的实践应用

摘要:灰土挤密桩复合地基是由桩间挤密土和夯填的桩体一起组成的人工复合地基, 属于原位深层处理地基的一种方法, 它能消除湿陷性黄土地基的湿陷性, 降低其压缩性, 提高软弱地基的承载力。本文将通过工程实例，就灰土挤密桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的实践应用效果进行讨论。

关键字:挤密桩复合地基湿陷性黄土地基处理实践应用

中图分类号： TU475+.3 文献标识码： A 文章编号：

湿陷性黄土的基本性质

1.1 湿陷类型

湿陷性黄土地基分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种类型。当湿陷性黄十地基或场地浸水后，没有任何外部的附加荷载，仅在地基上的自重压力作用下发生温陷的，称为自重湿陷性黄土地基或场地；当湿陷性黄十地基或场地在没有外部附加荷载的作用下浸水不发生湿陷，需要有一定的附加荷载作用下浸水才能发生湿陷的，叫非自重湿陷性黄土地基或场地。

建筑物场地的湿陷类型，应按实测自重湿陷量或按室内压缩试验累计的计算自重湿陷量判定。当实测或计算自重湿陷量小于或等于7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当实测或计算自重湿陷量大于7cm时，应定为自重湿陷性场地。

1.2 湿陷变形

湿陷性黄土由于它的特定生成环境、发生原因、地质历史、埋藏产状、地理地貌位置、气候条件、物质成分，尤其是它的特殊结构、特殊组成情况等等，致使在压力和水的作用下发生湿陷现象，产生湿陷变形。湿陷变形是指湿陷性黄土在一定的压力(包括自重压力或者自重压力和附加压力)作用下，下沉稳定后浸水饱和所产生的附加下沉量。它的大小除了与土本身密度和结构性有关外，主要取决于土的初始含水量和浸水饱和时的作用压力。初始含水量较低的湿陷性黄土，其湿陷变形相对较大。

1.3 湿陷性黄土的特殊性质

湿陷性黄土作为一种特殊性土，其特殊性更突出地表现在它的结构性、欠压密性和湿陷性三个方面：

1.3.1结构性

湿陷性黄土是一种结构性土。形成初期，季节性的少量雨水把松散的粉粒粘聚起来，而长期的干旱又使水分不断蒸发，于是，少量的水分以及溶于水中的盐类都集中到较粗颗粒的接触点上，可溶盐逐渐浓缩沉淀而形成胶结物，从而形成以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构。

该结构具有显著的强度，在一定条件下具有能保持土的原始基本单元结构而形成不被破坏的能力，由于结构强度的存在．使得湿陷性黄土的应力应变关系和强度特性表现出与其它土类有明显不同的特点。但一旦受水浸湿，结构性遭受破坏时，其结构迅速破坏，将呈现出屈服、软化、湿陷等特性。

1.3.2 欠压实性

湿陷性黄土由于特殊的地质条件，沉积过程一般比较缓慢，在此漫长的过程中，上覆压力增长速率比颗粒间固化强度的增速率要慢的多，颗粒接触点间的结构强度始终超过上覆土重，黄土的颗粒保持着比较疏松的高孔隙度结构而未在上覆荷重作用下被固结压密，处在欠压密状态。欠压密状态是黄土产生湿陷的充分条件。

1.3.3 湿陷性

湿陷性是湿陷性黄土最主要的核心问题。湿陷性黄土的结构性在力和水的作用下，将遭受破坏使其强度丧失，而其欠压密性、高孔隙度则为浸水时产生附加下沉提供了必要的体积变化条件，没有结构性和欠压密性，就不可能有黄土的湿陷性。

2、工程实例

2.1 概述

某医院工程建筑面积12000m2，分为11层住院楼（高层）与3 层手术楼( 低层) 两部分，结构体系为钢筋混凝土框架结构，高层部分基础采用片筏基础，低层部分采用柱下独立基础，其埋深分别为自然地坪下-3.5m 和-2.5m。在住院楼南边8m 处为现有3 层住院楼，东西北相邻院内马路。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)( 以下简称《黄土规范》) 该建筑为乙类建筑。整个场地地质均为冲积堆积物，从上至下分别为：

① 湿陷性黄土，由表土层以下至层底深度5m，具有高压缩性，强湿陷性，结构疏松，强度低fk=90KPa；

② 湿陷性黄土，至层底深度12m，可塑状态，具有中等压缩性，为Ⅱ级自重湿陷性黄土，fk=165KPa；

③ 含有大量姜石Ⅱ级湿陷性黄土，至层底深度16~17m，可塑状态。具有中等压缩性，土的结构强度好，fk=185KPa；

④ 粘土层，至终孔深度25~30m，强度偏低，fk=145KPa。各土层的物理、力学性质指标如表1。整个场地为Ⅱ级自重湿陷性黄土场地，场地土类型为中软场地土，场地类别为Ⅲ类，湿陷性土层厚度为16m，自然地坪下18.6m 为地下水稳定水位。

2.2 地基处理方案分析

通过对建筑物类别、湿陷性黄土的特性、施工条件和当地材料的分析，并经综合技术经济比较，决定采取2：8 灰土挤密桩处理地基。灰土挤密桩处理地基，桩与桩间土形成的复合地基就相当于较密实的灰土垫层，上部荷载通过这样厚的垫层向下传递，应力比天然地基扩散的快，同时在加固深度以下，附加压力将大大减小。鉴于这个原因，它不象刚性桩那样需要桩端有很高的承载力，因此，灰土挤密桩处理地基实际上需要进行两部分内容的设计，首先是进行桩的设计( 包括桩长、桩距、处理范围等)，其次是验算桩端处下卧层强度。

2.3 灰土挤密桩设计

2.3.1 桩长、桩距的确定

该工程地基的处理既要消除湿陷性，又要提高地基的承载力，以提高整个场地的密实度与刚度，改善场地的动力特性，故要综合考虑其灰土桩的长度、桩距。依据黄土规范的有关规定，在自重湿陷性黄土场地，乙类建筑消除地基部分湿陷量的最小处理厚度不能小于湿陷性土层厚度的2/3，并且应控制未处理土层的湿陷量不大于20cm。该工程基底下湿陷性土层厚度为12m，因而，其灰土桩长度要达到8m，剩余湿陷性黄土层厚度为4m，其剩余湿陷量用下式计算：

  (1)

式中：为剩余湿陷量;为考虑地基土的侧向挤出和浸水机率等因素的修正系数，取0.5； 为第i 层土的湿陷系数；为第i 层土的厚度。将各值代入式（1）计算出剩余湿陷量为：

桩长是根据《黄土规范》的要求计算出来的，其满足下卧层强度的要求。桩距是依据湿陷性黄土的性质以及湿陷性的消除情况与复合地基的承载力要求来确定的。灰土桩在极限荷载作用下，其桩顶面上应力一般为灰土试件无侧限抗压强度的50% ～ 100%（即250～800KPa），即灰土桩已处于过渡阶段或已达到破坏阶段。灰士桩的破坏通常发生在桩身上部1.0 ～ 1.5d （d为桩径，单位：mm）长度内。在允许荷载作用下不少灰土桩的桩顶就已被压裂（长度1.0 ～ 1.5d）而下段桩身仍保持完好，尽管这样，由于灰土桩与桩间土夯击较密实，压裂破坏后的灰土桩仍然具有由裂块间的咬合力和摩擦力构成的剩余强度，仍可与桩间同作用保持整个地基的稳定性。由此可知：灰土桩的承载力主要取决于桩身强度，但是，被压裂的灰土块如果没有桩间土对它的约束，其稳定性是不存在的。另外，灰土桩承担的荷载是通过桩周摩擦力向周围土体传递的，其传递过程一般在4d 之内完成；灰土桩本身传递荷载的深度是有限的，一般不超过6 ～ 10d，而且主要荷载集中在桩顶至3d 之间；这些都与桩距密切相关。

2.3.2 下卧层强度的验算

下卧层顶面的承载力设计值应满足下式要求：

(2)

式中：为下卧层顶面的附加压力，kPa；为下卧层顶面土与桩自重压力，kPa； 为下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计值。而经深度修正后高达 396kPa，为=160kPa，不考虑扩散传到下卧层顶面时的压力295kPa，显然是小于，同时相差较大。实际上附加压力的扩散是较快的，传到下卧层顶面时压力就更小。根据以上计算结果说明在湿陷性黄土地区如果黄土较厚其承载力相差不大时，如果其处理厚度符合黄土规范的要求，其下卧层顶面的强度通常是合格的。

2.4 实践效果讨论

根据灰土桩以及桩间土和处理后的场地的综合测试，整个场地较处理前明显坚硬，灰土桩完整密实，桩间土密度增加17%，孔隙比减小20%，土体干密度和压缩性有很好的改善，处理层桩间土地基承载力标准值达185kPa，桩体承载力达330kPa，而且其复合地基承载力标准值也满足设计要求，在处理范围内选三点进行载荷试验，当s / b = 0.008时其荷载达 220kPa，证明所计算的复合地基承载力是正确的，总之，通过对处理后地基的各种检验说明设计是正确合理的.

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