湿陷性黄土是指黄土在覆盖土层的自重应力或自重应力和附加应力的综合作用下受水浸湿，使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下沉，其强度也随着迅速降低的黄土。这种破坏具有突然性，工程上难以预料其下沉部位，因此建筑物对这类地基均要求采取工程措施进行地基处理，防止地基湿陷。挤密法作为黄土地区处理湿陷性较为常用的一种方法，可改善土的物理力学性质，减少或消除湿陷性黄土地基因浸水引起的湿陷性变形。

 

　　1素土挤密桩的加固原理

 

　　素土挤密桩是采用素土在桩孔内夯实加密后形成的桩。其加固机理主要为：土桩成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，相邻桩孔间的土体密实度增大。成孔后，向桩孔内填入土料，然后分层夯实，形成密实且强度较高的桩体，并且孔壁土体通过被夯材料径向扩张而被进一步挤密，同时桩间土和桩体土两者紧密胶结在一起，保证复合地基承受荷载后，桩、土的位移能协调发展。因此，土挤密桩地基也可视为厚度较大的素土垫层，由于夯实后素土桩桩体的压缩模量比桩间土大，所以工程应用中通过基础传递给复合地基的外压力随桩间土的等量压缩，应力会集中到桩体上去，桩间土应力相对减小。因此，复合地基比天然地基具有更大的承载能力和抗剪强度，从而使建筑物的整体沉降和差异沉降相对减小，同时桩周土得到挤密，其湿陷性得到全部或部分消除。

 

　　2工程实例

 

　　2.1项目介绍及地质条件

 

　　拟建的DK-3项目位于西安市长安区任家寨村东800m、杜永村北700m、北距潏河约0.5km。拟建场地南高北低，东高西低。勘探点地面标高介于452.77m～464.53m之间。地貌单元属黄土塬，自重湿陷性黄土场地。实测地下水稳定水位埋深为25.80～29.50m，相应水位标高为426.06～435.03m，属潜水类型。场地勘探深度范围内地基土分为6层：①素填土②黄土（粉质粘土）③古土壤（粉质粘土）④黄土（粉质粘土）⑤古土壤⑥黄土。地层剖面见图1。场地地层岩性及物理力学指标见表1。

 

　　图1工程地质部分剖面图

 

　　表1场地地层岩性及物理力学指标

 

　　土层名称 ②黄土

 

　　（粉质粘土） ③古土壤

 

　　（粉质粘土） ④黄土

 

　　（粉质粘土）

 

　　层厚（m） 3.7~10.0 1.8~4.3 8.0~10.7

 

　　可塑状态 可塑 硬塑 硬塑

 

　　含水量w% 21.3 19.5 21.1

 

　　饱和度Sr 57 70 57

 

　　孔隙比e 1.045 0.763 1.012

 

　　压缩模量Es（MPa） 6 11 9

 

　　承载力特征值（kPa） 150 170 160

 

　　湿陷系数平均值 0.037 个别土层湿陷性 0.018

 

　　根据地勘报告，6个勘探孔判定的地基湿陷等级为Ⅲ（严重）级，其它勘探孔判定的地基湿陷等级均为Ⅱ（中等）级，综合考虑，建议各拟建建筑物地基湿陷等级按Ⅱ（中等）级设防。

 

　　2.2地基处理方案的确定

 

　　拟建场地属自重湿陷性黄土场地，各拟建建筑物地基的湿陷等级均为Ⅱ(中等)级、拟建建筑物均属丙类建筑，按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的有关规定各拟建建筑物均不能直接采用天然地基，必须进行地基处理，地基处理厚度不应小于2.50m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大200mm，并应采取结构措施和检漏防水措施。通过对典型孔点的剩余湿陷量的计算，处理的深度为13m。由于换填垫层处理土方开挖量很大而且很不经济。因此采用素土挤密桩法处理地基，素土挤密桩设计施工桩长8m，有效桩长7.5m。

 

　　2.3桩孔间距设计

 

　　合理设计桩孔间距以能保证桩间土达到一定的密实度。密实度的大小是决定黄土湿陷性强弱、承载力、压缩性、渗透性等的主要因素。衡量密实度大小的指标选用干密度和土的压实系数、挤密系数。为了使桩间土均匀挤密，桩孔按等边三角形布置，其间距S、排距h可按下式计算确定：

 

　　式中，为成孔后3个桩之间土的平均挤密系数，不宜小于0.93，；ρd为地基挤密前各层土的平均干密度；ρdmax为击实试验确定的最大干密度；S为孔间距；D为挤密填料孔直径；d为预钻孔直径。

 

　　其中

 

　　式中，ρdmax为分层压实填土的最大干密度；η为经验系数，粉质粘土取0.96，粉土取0.97；Gs为土粒相对密度；Wop为填料的最优含水量。

 

　　经过计算确定，本工程预钻孔直径为400mm，成孔直径不小于550mm，桩中心距900mm，等边三角形布置，桩体压实系数不小于0.97，桩间土平均挤密系数不小于0.93。

 

　　2.3加固效果

 

　　2.3.1素土挤密桩复合地基静载试验

 

　　共进行2台复合地基静载试验，各试验点p-s曲线均呈缓变形变化，试验曲线比例界限不明显，当荷载加至400KPa时，总沉降量分别为16.83mm、15.58mm，均未发生极限破坏。可知各试验点的承载力极限值为400kPa。取最大加载值的1/2为承载力特征值，即素土挤密桩复合地基承载力特征值为200kPa。

 

　　2.3.2湿陷性试验结果

 

　　试桩区域共开挖探井3眼，探井深8.5m，取桩间土湿陷性土样共24件。根据土工试验结果可知，24件土样孔隙比减小为0.624；压缩模量提高到10.71Mpa。湿陷系数小于0.015。检测结果表明桩间土湿陷性已消除。

 

　　在3眼探井中取桩体环刀样72件，桩间土环刀样48件，土工试验结果表明桩体压实系数大于0.97，满足设计要求。桩间土平均挤密系数大于0.94，满足设计要求。

 

　　4、结语

 

　　通过工程实践证明，采用素土挤密桩处理湿陷性黄土地基，由于夯实和挤压作用，使桩间土得以挤密，素土桩体也更加密实，从而使岩土物理力学性质得到改善。既消除了被处理土的湿陷性，又提高了地基承载力，防止基础及结构出现大幅度沉降干裂倾斜，保证了工程的安全性。

 

　　参考文献：[1]湿陷性黄土地区建筑规范[s]，GB50025-2004。中国建筑工业出版社，2004

 

　　[2]建筑地基处理技术规范[s]，JGJ79-2012。中国建筑工业出版社，2012

 

　　[3]王志慧，素土挤密桩在自重湿陷性黄土地区大型变电站的运用研究，兰州工业高等专科学校学报，2012