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基于灰土挤密桩法在处理湿陷性黄土地基中的研究

2015-07-13 268 0

1前言
　　在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。
　　黄土是干旱或半干旱气候条件下的沉积物，在生成初期，土中水分不断蒸发，土孔隙中的毛细作用，使水分逐渐集聚到较粗颗粒的接触点处。同时，细粉粒、粘粒和一些水溶盐类也不同程度的集聚到粗颗粒的接触点形成胶结。
　　试验研究表明，粗粉粒和砂粒在黄土结构中起骨架作用，由于在湿陷性黄土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接触，能直接接触的大多为粗粉粒。细粉粒通常依附在较大颗粒表面，特别是集聚在较大颗粒的接触点处与胶体物质一起作为填充材料。粘粒以及土体中所含的各种化学物质如铝、铁物质和一些无定型的盐类等，多集聚在较大颗粒的接触点起胶结和半胶结作用，作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高的强度，而遇水时，水对各种胶结物的软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。
　　2湿陷性黄土地基处理的方法
　　当建筑物所选取的地点下是湿陷性黄土，那么一旦降雨，地基和建筑物就有可能会发生危险，那么必须采取相应的措施以消除地基土的湿陷性、降低土的压缩性，提高承载力，增强水稳性和减小变形。我国在解放后对于湿陷性黄土地基处理的实践已有几十年了，具体方法也很多，但归纳起来其基本思路不外乎以下几种：
　　（1）基本消除基础已有土层的湿陷性；其常用方法有强夯、换土、挤密桩等。这是对于土层较薄（10m以内）时采用的办法。当土层深厚时，常用办法就是预浸水处理。这类办法是通过工程措施，针对湿陷土层本身进行处理，改善其土壤结构和基本特性，以达到消除其湿陷性的目的。这种方法的缺点是对于深厚湿陷性黄土来说，耗时太长，往往影响工期。优点是施工方便，费用较低；
　　（2）使建筑物基础穿透湿陷性黄土层，传力于湿陷土层以下的持力土层上，达到躲过湿陷性黄土层的目的。常用方法就是桩基，其中包括灰土挤密桩、碎石震冲桩、静压桩、混凝土灌注桩。这种方法避过了湿陷性土层，使基础传力于湿陷土层以下的持力土层上，相对来说比较安全可靠，所以被广泛应用于比较重要的独立建筑物的基础处理；
　　（3）充分作好建筑物基础的隔水层，使基础湿陷性黄土地基无法浸水，以达到避免地基湿陷的目的。常用的隔水材料有灰土、油毡以及各种PVC和PE膜。这种方法常常用于对基础承载力要求不高的设施，如游泳池、供水管床、渠道等。
　　本文主要研究的是灰土挤密桩法防止土体湿陷。
　　2灰土挤密桩地基的性质及范围
　　2.1基本特性
　　灰土挤密桩法的发展，具有我国自己的特点其施工工艺比较简单。由于灰土具有一定的胶凝强度，桩体可分担较多基础荷载，同时又能较快地传布于一定深度的地基土层中，因此，灰土挤密桩地基的基础效果较好，而且灰土桩的材料主要是白灰和土，可以就地取材，经济效果更好。
　　2.2适应范围
　　加密土体，降低黄土的空隙率是消除湿陷性的一种主要手段。灰土挤密桩法则是对土体横向挤密，并向桩孔内填2∶8或3∶7灰土，压实和挤密的加固原理与技术效果基本相同，但灰土挤密桩地基一般无需开挖大量土方，属于原位深层加密处理地基的一种方法，适用于处理厚度较大的自重或非自重湿陷性黄土地基。常见的碾压或夯实方法，对土体沿竖向压实加密，一般适用于1m～3m浅层地基的处理。
　　3灰土挤密桩地基的地基承载力
　　灰土挤密桩地基的地基承载力计算
　　（见JGJ79—2002规范第7.2.8-1）
　　（见JGJ79—2002规范第7.2.8-2）
　　式中：
　　——复合地基承载力特征值（KPa）；
　　——桩体的承载力特征值（KPa）；宜通过单桩载荷试验确定；
　　——处理后桩间土承载力特征值KPa，宜按当地经验取值，如无经验，也可取天然地基承载力特征值；
　　——桩土面积置换率；
　　——桩身平均直径；
　　——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；
　　等边三角形布桩：
　　正方形布桩：
　　——桩孔之间的中心距离
　　4工程实例
　　4.1工程概况
　　某火电厂主副厂房总长度85m，主厂房宽15 m，副厂房宽16 m。其基础为湿陷性黄土，厚度达25 m，湿陷等级为Ⅲ级，湿陷评价为严重。由于基础湿陷等级太高，而且厚度很大，面又广，经过多方比较，基础处理方案采用灰土挤密桩处理。
　　4.2计算承载力
　　4.2.1灰土选用
　　为消除部分自重湿陷量和提高承载力，采用2∶8灰土桩挤密进行地基处理，桩身物理学试验可以说明，2∶8灰土桩身强度大、无湿陷性、压缩性较低、成桩效果较好。
　　4.2.2桩间土的检验
　　采用挤密法进行处理湿陷性黄土地基，不仅对桩身土有着严格的要求，而且对桩间土也要通过成孔侧向挤密，使其消除湿陷性，降低压缩性，增强其强度。从各项指标来看，桩间土经成孔挤密，湿陷性消除，压缩性降低，而且在不同深度的挤密效果差异较小。对桩间土进行了无侧限抗压强度试验，其结果桩间土的侧限抗压强度为165 kPa，与其承载力值比较接近。
　　4.2.3载荷试验情况
　　根据载荷试验结果2∶8灰土桩的承载力为330 kPa。探坑开挖后发现，13 m以下的土层仍呈饱和状态，不能取样。根据土工试验结果，在饱和自重压力下的湿陷性系数（）均小于0.013，计算湿陷量 =4.5cm，小于7 cm。200KPa压力下的最大湿陷系数（δ）也小于0.013，计算总湿陷量△=5.5cm。说明基础黄土的湿陷性已基本消除。
　　5施工中存在的问题
　　5.1局限性
　　在灰土挤密桩施工中由于机械振动危及周围建筑物的现象是很有限的，对于部分旧土坯建筑有时会出现掉皮或墙体开裂现象，影响的因素不单纯与距离有关。
　　5.2施工前清理场地
　　场地内外施工机械运行的道路应畅通无阻，施工前应做好场地平整工作，清理地上和地下的障碍物，以利于机械运行，保证施工质量和机械运行安全。
　　5.3漏孔、错孔现象
　　灰土挤密成孔施工时应防止漏孔或错孔，在成孔后及时进行其施工质量检查，认真做好记录，当沉管成孔和拔管有困难时，在桩尖与桩管连接处可加设宽5cm，厚1.2cm左右环箍，能减轻沉管和拔管的困难。
　　5.4严格灰土的配合比
　　配合比应符合设计要求，在施工现场因为某些人、机因素不能严格按照配合比实施，就有可能影响到成桩质量，无法达到降低土体压缩性的效果，因此，成熟的石灰粉、土都应过筛，灰土应拌和均匀至颜色一致后，及时回填夯实，不宜隔日使用。
　　6结论
　　湿陷性黄土在我国分布很广，主要分布在黄河中游。对于建筑物建筑在湿陷性黄土地基上，如果遇到雨季，那么建筑物就有可能会有失稳，坍塌的危险，因此，本文通过研究灰土挤密桩法以消除地基土的湿陷性、降低土的压缩性，提高承载力，增强水稳性和减小变形。通过对工程实例的实验计算得出结论，运用灰土挤密桩法处理湿陷性黄土地基是完全可行的。
　　参考文献：
　　[1]钱鸿缙，王继唐.湿陷性黄土地基[M].北京：中国建筑工业出版社，1985.
　　[2]GBJG25-90.湿陷性黄土地区建筑规范[S].西北水电
　　[3]马小锋.浅谈软土地基处理方法[J].山西建筑，2008，34（1）：121-122.

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