重型柱錘沖擴(kuò)灰土井樁

處理濕陷性黃土的試驗(yàn)研究

許永屯1  韋孫印2  張洛l

(1．西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院  7 1 0054  西安；

2．中國建筑西北設(shè)計(jì)研究院  7 1 0003  西安)

1、工藝簡介與工程參數(shù)

    灰土井樁與柱錘沖擴(kuò)樁均已是成熟的地基處理工藝，本文所指重型柱錘沖擴(kuò)灰土井樁兼有二者特點(diǎn)。本文所謂重型柱錘，直徑1.0m，總高3.8m，拋物線形錘底，鑄鐵制造，質(zhì)量8t。施工時(shí)，反復(fù)用履帶吊車將柱錘吊至一定高度后使其自由下落，利用柱錘下落的沖擊能量連續(xù)沖孔至預(yù)定深度。然后將配備好的灰土定量填入樁孔，用柱錘多次夯實(shí)填料形成樁體，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

    本次試驗(yàn)研究結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行，地基處理范圍70*60m，地貌單元屬黃土梁之間的洼地，屬Ⅱ級自重濕陷性黃土場地，地下水埋深13.31～13.99m，18m深度內(nèi)土層自上而下依次為：

    ①雜填土(Q4ml)：屬建筑垃圾和生活垃圾混合物。層4.5~5.8m。②素填土(Q4ml)：可塑～堅(jiān)硬，以粉質(zhì)粘土為主，含碎磚瓦塊及灰渣。層厚2.9～11.2m，層底深度3.5～11.2m，fak=1 00kPa。③層黃土(Q3col)：可塑～硬塑，稍濕～濕。蟲孔和針狀孔隙發(fā)育。層厚4.3-~9.1m，層底深度11.0~13.7m，fal=160KPa。④層古土壤(Q3el)：可塑~硬塑，濕～飽和。層厚1.90~2.60m，層底標(biāo)高13.20~15.6m，fak =170KPa。⑤層黃土(Q2col)：可塑～硬塑，稍濕～濕。蟲孔和針狀孔隙發(fā)育，最大揭露厚度3.4m。fak =140KPa。

    設(shè)計(jì)采用軸線布樁、局部補(bǔ)樁方案，要求樁長7.0m，樁徑1.3m，樁頂留l.0m的虛樁，樁體位于土層②、③之中，樁體填料為2：8灰土，灰土壓實(shí)系數(shù)不小于0.95，單樁豎向極限承載力不小于900kN。

    施工下1／2樁長時(shí)，每次填料夯擊4擊，錘落距10m，夯擊能量為80tm。施工上1／2樁長時(shí)，每次填料夯擊6擊，錘落距不小于5m，夯擊能量為40tm。每次填料不大于2m3，實(shí)際量測成樁直徑1.5m。

    試驗(yàn)擬通過樁間土擠密系數(shù)和濕陷系數(shù)研究其擠密效果，通過樁身灰土壓實(shí)系數(shù)和抗壓強(qiáng)度研究其樁身質(zhì)量，通過靜載試驗(yàn)和計(jì)算分析研究其承載力，從而對重型柱錘沖擴(kuò)灰土井樁的特點(diǎn)做進(jìn)一步分析02擠密效果

    參照文獻(xiàn)[1]，隨機(jī)選取3根邊樁開挖探井，在距樁邊水平距離0.6、1.3和2.0m處取樣，依次稱為A、B、C取樣點(diǎn)。在每個(gè)取樣點(diǎn)，從樁頂標(biāo)高下0.Sm起，按1.0m深度間距，各取土樣7件進(jìn)行試驗(yàn)，分別求得樁間土擠密系數(shù)和濕陷系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表。

    試驗(yàn)表明，距樁邊水平距離0.6m范圍內(nèi)擠密效果良好，土的濕陷性完全消除。隨著水平距離增大，擠密效果減弱。與原狀土擠密系數(shù)相比，距樁邊0.6～2m范圍內(nèi)擠密效果仍然明顯，且自重濕陷性已完全消除。

    綜上分析認(rèn)為，在距樁心1.3倍樁徑范圍內(nèi)，樁間土擠密效果顯著，濕陷性得到良好改善。在距樁心l.8倍樁徑范圍內(nèi)，樁間土擠密效果明顯，濕陷性得到有效改善。

2、樁身質(zhì)量

    隨即選取7根樁開挖探井，從樁頂標(biāo)高下0.50m  起，按1.0m深度間距取樁身體灰土樣2件測定其壓實(shí)系數(shù)，參照文獻(xiàn)[1]，取樣位置分別進(jìn)入樁體50mm和200mm。7根樁共取樣98件，壓實(shí)系數(shù)統(tǒng)計(jì)見表，其平均值為1.O2。需說明的是2：8灰土最大干密度由重型擊實(shí)試驗(yàn)確定。

    在3根樁樁頂標(biāo)高處采取灰土試樣各6件，制成70.7×70.7×70.7mm試件。每根樁任取3個(gè)試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，剩余3件用水浸泡48h后做抗壓強(qiáng)度對比試驗(yàn)。3根樁試驗(yàn)時(shí)齡期分別為12天、13天、34天，平均齡期20天，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表。9個(gè)灰土試件抗壓強(qiáng)度平均值為1312kPa，另9個(gè)浸水48h的灰土試件抗壓強(qiáng)度平均值為814kPa，是未浸水的62％。

    與文獻(xiàn)[3]中2：8灰土20天齡期試驗(yàn)結(jié)果平均值比較，上述試驗(yàn)結(jié)果強(qiáng)度提高約40％。進(jìn)一步分析，重型柱錘的夯擊能量約為重型擊實(shí)試驗(yàn)5~6倍，扣除錘與孔壁碰撞摩擦的損耗，其夯擊能量仍相當(dāng)大。由于夯擊能量大，壓實(shí)系數(shù)和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)均優(yōu)于一般的2：8灰土，即樁身質(zhì)量容易滿足設(shè)計(jì)要求。

3、單樁豎向承載力

    文獻(xiàn)【1】中的柱錘沖擴(kuò)樁樁徑0.5-0.8m，樁長≤6m，按復(fù)合地基使用，fspk≤160kPa。本文所指重型柱錘沖擴(kuò)成樁樁徑可達(dá)l.3m以上，樁長亦大于6m，顯然更接近于灰土井樁。因此，其承載力可參照文獻(xiàn)[2】按下式估算；

    Qu+G≤RA+u    式中：Qu _灰土井樁單樁豎向承載力極限值(kN)。

    G一灰土井樁自重。本文工程為167kN。

    R一經(jīng)深度修正后，井底處地基土承載力極限值(特征值的2倍)。本文工程為580kPa。     A．一灰土井底底面積。本文工程為1.327m2。   

    u一灰土井樁周長。本文工程為4.084(m)。   

    hi一沿井深范圍內(nèi)，不同土層的厚度。本文工程為4.0、3.0m。  

    qsik與hi對應(yīng)的土層與灰土井壁極限側(cè)阻力。本文工程為20、26KPa(文獻(xiàn)【2】取值的2倍)。   

    經(jīng)計(jì)算，本文工程實(shí)例承載力估算為Qu=1 380-167=1213kN。文獻(xiàn)[2】中的灰土井樁是人工挖掘成孔，屬非擠土樁范疇。本文工藝為重型柱錘沖擴(kuò)成孔，屬擠土樁范疇，其側(cè)阻力和端阻力均大于人工成孔。因此，在考慮側(cè)阻力的飽和修正后，按上式估算承載力是偏于安全霉的。這一點(diǎn)可從本次靜載試驗(yàn)結(jié)果中得以說明。   

    本次試驗(yàn)研究共對l 0根樁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)采用壓重平臺裝置慢速維持荷載法，樁頂用鋼壓板覆蓋。因靜載試驗(yàn)樁均為工程樁，故試探性加載最大加載至ll00～1200kN，檢驗(yàn)性加載最大加載至 900kN。10根樁的靜載試驗(yàn)均未出現(xiàn)極限破壞，并程度不同地存在安全儲備，部分虛樁較少、樁頭處理較好的樁還顯示出良好的承載特性。 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)