密排灰土桩法在处理湿陷性黄土地基中的应用

1 基本思路

地基处理的宽度大小一般可从控制侧向变形、扩散附加压力和防水要求等方面来考虑。未经处理的湿陷性黄土地基, 在地基土外荷载作用下, 受水浸发生的地基变形是由土的竖向变形和侧向挤出两部分引起的。

湿陷性黄土地基在天然状态时, 静止侧压力系数在0.1~0.2之间。而被水浸后, 静止侧压力系数可增大到0.6~0.9之间, 水平附加压力显著增大, 又由于土的结构遭到破坏, 抗剪强度急剧降低, 侧向限制作用大为减弱。因此, 对于部分消除湿陷性的土垫层处理来说, 对其下部未经处理的湿陷性黄土层进行隔水保护是地基处理安全可靠的关键。

采用整片土垫层的目的是消除部分湿陷量, 同时使整片土垫层起到隔水作用, 预防水从室内、外渗入地基, 保护整个建筑物范围内下部未经处理的湿陷性黄土不致受水浸湿。由于受场地限制而减小了平面处理范围将直接影响整片土垫层的隔水效果。特别影响其预防地面水从室外渗入地基的保护作用。为了弥补整片土垫层缩小处理范围引起的上述不足, 应补强地基侧面的隔水作用。因而考虑采用人工成孔密排灰土桩, 形成灰土“地下连续墙”, 加强地基侧面的防水效果, 同时在整片土土垫层顶部再加一层整片灰土垫层, 可加强顶面及顶侧面交叉处的隔水作用。这样便可在较小的作业面达到《规范》要求的隔水效果。

2 密排灰土桩结合垫层法的设计与施工

2.1 设计准备

首先根据地质勘察报告, 按照黄土地基的湿陷性等级确定最小处理厚度及最小处理范围, 然后会同建设单位基建管理人员到现场确定建筑物的位置, 并满足外墙基础外边缘最小距离的要求。

2.2 最小处理范围的确定

为了保证垫层起到扩散应力的作用, 按素土垫层扩散角22°的要求, 应保证外墙基础外边缘到灰土桩外边缘的距离不小于整片土垫层和顶面灰土垫层厚度之和的0.4倍。同时, 为了不让基础局部落在地基刚度不同的灰土桩上, 还不应小于灰土桩桩径D。

2.3 设计承载力取值

采用密排灰土桩结合垫层法处理后, 垫层的承载力设计值应视回填土的土质及施工质量而定, 一般不宜超过180kPa, 且应验算下卧层顶面的承载力。

2.4 密排灰土桩结合垫层法的施工程序

2.4.1 土垫层处理

整片土垫层处理应按《规范》要求对地基进行钎探、开挖、素土回填分层夯实。土垫层一般应分层回填至基础底面设计标高以下300mm处, 预留的300mm厚作为整片3∶7灰土垫层。

2.4.2 密排灰土桩的布置

在土垫层处理宽度不足的一边或数边布置灰土桩。灰土桩应一个挨一个紧密布置。位置以一半挖原土, 一半挖垫层填土为宜。灰土桩一般采用人工成孔, 直径大于或等于800mm, 深度宜穿透全部湿陷层。如穿透全部湿陷层有困难时, 对自重湿陷性黄土地基的桩深长度也不宜小于6m。灰土桩应成孔一个随即夯实一个。回填材料宜采用3∶7灰土, 并控制在最佳含水率下夯填密实, 压实系数不应小于0.97。回填一个桩孔后, 应间隔一个桩的位置挖下一个桩孔, 并按上述方法夯填。采用同样方法将其余处理范围不够而需要处理的各边依次进行密排灰土桩处理。

2.4.3 整片灰土面层处理

在需要处理的各边灰土桩全部完成后, 即可在土垫层上进行3∶7灰土垫层的夯填, 其整片厚度为300mm。夯填范围包括灰土桩桩顶, 将密排灰土桩与和整片土垫层联成整体。这样, 密排灰土桩结合垫层法处理地基就基本完成。

3 防水和结构措施

本办法以土垫层处理为主, 主要采用素土回填。自重湿陷性黄土地基经过密排灰土桩结合垫层法处理后, 只能消除处理过的土层湿陷性, 而下部未经处理的黄土层受水浸湿后仍有可能产生较大的湿陷, 因此, 还必须根据处理后的剩余湿陷量的大小, 采取相应的防水措施和结构措施, 并在使用过程中加强维护管理, 以保证建筑物的安全和正常使用。

4 效益分析

本方法的效益主要是缩小平面外处理范围, 使得可在有限的场地内建设建筑面积更大的建筑物。平面处理范围可由下式表示:

式中:1为建筑物两端外墙中心线间的距离;b1, b2分别为两端外墙基础宽度;a为地基处理增加的宽度, 即每边超出建筑物外墙基础外边缘的宽度, 可按表1取用。

可见当场地受限制, 即L为定值时, a取小值, 1可取最大值。采用本方法后, 地基自重湿陷等级为II、III、IV时, 如果用桩径0.8m灰土桩, 分别可使l值增加2.4m、3.6m、4.8m, 即可增加很多建筑面积。

5 工程实例

某单位宿舍楼为四层砖混结构, 楼长50.9m, 宽9.37m, 地基为III级湿陷性黄土。设计采用大开挖整片土垫层处理, 条形基础。山墙基础外边缘距离为52.03m, 外纵墙基础外边缘的距离为10.30m。按现行规范, 处理范围应是长度58.03m, 宽度16.3m, 但是场地开挖长度最大只有54m, 由于基坑开挖边坡的原因, 基坑底实际长度只有52.9m, 不能满足规范要求。

为了保证建筑物长度不受影响, 同时保证建筑物安全可靠, 在采用整片土垫层处理之后, 再对处理范围不够的两端密排直径800mm的灰土桩。灰土桩一半挖填土, 一半挖边坡原土, 深度至条形基础底面下6m。土垫层顶面加设300mm厚的整片灰土垫层。由于灰土桩一半挖边坡原土, 扩大了处理范围, 使得整片灰土垫层长度达到53.7m。山墙条形基础外边缘至灰土垫层端边距离达到0.835m。满足了垫层总厚度的0.4倍和桩径D值的要求。该工程建成投入使用以后, 效果良好。

6 结语

目前采用的湿陷性黄土地基处理方法一般有垫层法和灰土桩挤密法。灰土桩挤密法法同样存在处理范围的问题, 也可采用密排灰土桩法解决处理范围的不足。另外, 密排灰土桩法在已建工程的地基加固上也会有一定的效果。此种密排灰土桩法不失为一种简便、经济、有效的方法, 值得我们进行尝试和探索。

摘要：湿陷性黄土地区的结构设计, 应根据湿陷性黄土特点和工程具体情况, 因地制宜, 采取以地基处理为主的综合措施, 防止地基湿陷, 做到技术先进, 经济合理。采用密排灰土桩弥补平面处理范围的不足, 加强地基侧面的隔水作用, 以保护整个建筑物范围内下部未处理的湿陷性黄土不受水浸入, 达到较好的地基处理效果。

关键词：湿陷性黄土,地基处理,密排灰土桩