浅谈灰土挤密桩在处理湿陷性
黄土地基中的应用
王芳
(第三工程有限公司 重庆 401121)
【摘 要】文章介绍甘肃省引洮供水一期工程总干渠k106+504.99~k109+027.95段黄土地基采用灰(石灰)土挤密桩加固地基的施工技术,通过本工程的实践,提高对目前灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基的应用认识,并为处理类似地基提供一个参考。
【关键词】灰(石灰)土挤密桩 处理 湿陷性黄土地基
1、工程概况
引洮15号洞项目位于陇西黄土高原区,其土体结构疏松,植被稀少,在夏秋暴雨冲蚀作用下易产生大量台塬性水土流失,海拔1500~2626m,相对高差一般小于300m。
K106+504.99~K109+027.95段al-plQ3黄土状粉质壤土渠段:地处黄土丘陵区缓坡地带,地层为al-plQ3黄土状粉质壤土,结构疏松,具有强湿陷性、中高压缩性、弱透水性,属Ⅳ级自重湿陷性场地,作为渠道地基土,它存在湿陷变形和冻胀破坏的问题,需进行工程技术处理。
处理采用灰(石灰)土挤密桩加固来提高k106+504.99~k109+027.95段暗渠复合地基承载力。灰(石灰)土挤密桩布设范围为渠身两侧95㎝范围以内地基部分,沿线路中心线布设单排灰(石灰)土挤密桩,其余按等边三角形分两侧均匀布设,每根桩长5m,共计桩长620930m(见图1、图2)。
3
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2、灰(石灰)土挤密桩工艺原理
2.1减少工后沉降的原理
黄土的强结构性及空隙是产生工后沉降的主要原因,灰土挤密桩由于在施工过程中,因冲击振动而对桩周围土体充分扰动,使大空隙黄土的原有结构受到破坏,且结构紧密,从而大大提高了抵抗湿陷和振陷的能力,减少了工后沉降。
2.2减少地基整体变形的原理
在成桩过程中桩间土也受到很大侧向挤压力,同样也被挤密加固形成了强制挤密区、挤密区以及挤密影响区,提高了桩周围土体模量,减小了地基整体压缩变形。
图1灰土挤密桩桩位平面布置示意图
图2灰土挤密桩桩位横断面布置示意图
2.3重锤强夯的作用
采用较重夯锤,孔内加固原材料单位面积受到高动能强夯击,使地基土受到很高的预压应力,桩体强度高、模量大,实践表明处理后的地基浸水或加载都不会产生明显的压缩变形。
2.4工艺最终效果
桩体及桩间土均得到了有效加固,复合黄土地基的整体刚度较均匀,满足结构地基承载力要求。
3、灰(石灰)土挤密桩技术参数
虽然在湿陷性黄土地基处理中灰(石灰)土挤密桩的应用比较广泛,但在工程实际当中多根据《建筑地基处理技术规范》和《湿陷性黄土地区建筑规范》进行技术参数的确定。 3.1桩心距可按下式进行计算
S=0.95∙
λc∙ρdmax∙D2-ρd∙d2
λc∙ρdmax-ρd
式中 S—桩心距(m); D—挤密填料孔直径(m); d—预钻孔直径(m); ρd—地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度(g/cm);
3
ρdmax—击实试验确定的最大干密度(g/cm);
3
λc— 挤密填孔(达到D)后,3孔之间土的平均挤密系数不宜小于0.93。 3.2复合地基的承载力标准值和变形模量可按下式进行计算
fsp∙k=mfpk+(1-m)fs∙k
Esp=mEp+(1-m)Esfpk=η∙fpcu
式中 fp.k、Ep—桩体单位截面积承载力标准值和变形模量; Fs.k、Es—桩间土承载力标准值和变形模量;
fsp.k、Esp—挤密复合地基的承载力标准值和变形模量; fpcu—桩身土的无侧限抗压强度平均值 m—面积置换率
4、灰(石灰)土挤密桩施工工艺
4.1施工准备
(1)复核地基土的含水率、饱和度,当地基土的含水率小于12%或大于24%、饱和度大于65%
时,应及时通知设计单位予以确认,由设计单位确定是否变更设计。
(2)进行填料的轻型击实试验,确定施工用的相关参数,如最佳干密度、最佳含水量(注意实际施工时的最佳含水量低于轻型击实试验做出的最佳含水量)、配合比等。
(3)施工前清除地表耕植土。平整场地,清除障碍物,标记处理场地范围地下构造物及管线。 (4)测量放线,定出控制轴线、打桩场地边线并标识。 (5)成孔机械表面有明显的进尺标记,以此来控制成孔深度。
(6)施工前进行土方、成孔、夯填和挤密效果试验,确定有关施工技术参数,并对试桩进行测试承载力和挤密效果等,对含水率较大的(如大于塑限含水率)应特别关注缩孔的问题,因缩孔影响桩长和桩径时,应及时与设计单位协商予以解决。试桩数量符合设计要求且不得少于2个施工单元(如按三角形布置每个施工单元7根桩)。 4.2施工顺序
为提高地基的挤密效果,要求成孔挤密应间隔分批、及时夯填,这样可以使挤密地基达到有效、均匀、处理效果好。在局部处理时,必须强调由外向里施工,否则挤密不好,影响到地基处理效果。而在整片处理时,应首先从边缘开始、分行、分点、分批,在整个处理场地平面范围内均匀分布,逐步加密进行施工,不宜像局部处理时那样,过份强调由外向里的施工原则。整片处理应强调“从边缘开始、均匀分布、逐步加密、及时夯填”的施工顺序和施工要求。 4.3施工工艺
(1)工艺流程图(见图3)
图3 挤密桩施工工艺框图
(1)平整场地:施工现场要求平整,以便大吨位桩机移机方便,同时保证桩的垂直度,场地最大坡度不得超过8%(走管式桩机最大爬坡能力)。
(2) 定桩孔位和编号放样:根据施工图纸进行轴线定位,现场监理验线后方可进行桩位放样,轴线测量精度控制在2cm以内,桩位放样不得大于5cm。
(3) 机械安装:设备到达场地后,组织经验丰富的技术工人进行安装,其间注意保证桩管的绝对垂直,并对易损件进行维修更换,保证施工的连续性。
(4) 校正垂直度:桩机就位后,校正桩管垂直度,切实保证桩尖与桩中心在同一直线上,切实保证桩身施工的垂直度。使沉管尖对准桩位,调平扩桩机架,使桩管保持垂直,用线锤吊线检查桩管垂直度,确保垂直度偏差不大于1.5%。
(5) 振动沉管及成孔:采用沉桩机将与桩孔同直径钢管打入土中拔管成孔,桩管顶设桩帽,下端作成60°角度锥形活动桩尖,施工前在桩架或钢管上标出控制深度标记,以便施工中进行钢管深度观测。灰(石灰)土挤密桩施工时控制拔管速度,在拔管前宜停顿10秒左右。成孔后清底夯实、夯平,夯实次数不小于8击,成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查,必要时可以适当反插,以保证桩径不小于200mm。
(6) 拌制灰料:根据设计要求,施工所用灰料为3:7灰土(体积比),生石灰中活性CaO、MgO含量不应低于50%(按干重计),粒径应小于5mm,夹石量不大于5%。熟石灰中不得夹有未熟化的生石灰块和过火石灰、欠火石灰,也不得含有过多水份,灰土的土料宜采用基坑开挖中挖出的土,但不得含有机杂质,使用前应过筛,其粒径不得大于15mm。灰土搅拌均匀,应控制适当的含水量(工地检验方法用手将灰土紧握成团,轻捏即碎为宜)。要现配现用,含水量过高,夯击密实度不能保证,且很难吸收地基中的水分,而且硬化后,出现的气孔导致后期强度不高,含水量过小。夯击不粘结,呈松散粉体,桩身没有强度,所以一定要选择最佳含水量(根据现场击实试验含水量在15.6%左右最佳)。
(7) 重锤夯实:然后向孔内灌料,分层压实。分层回填厚度280~320mm,夯锤数不小于40次,落锤高度不小于4m,以保证所需击实功。夯填高度应高出设计桩顶标高10cm。成孔后应及时做好夯填工作,在夯填前要准确测量成孔深度、孔径,作好记录。
(8) 检测:测挤密后桩及桩间土的含水率、干密度等项参数数值。
(9) 成桩:灰(石灰)土回填夯实采用连续施工,每个桩孔一次性分层回填夯实,不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。
5、质量检测
5.1 桩身密度检测
桩身密度检测方法、数量及标准参见《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91);孔内填料应分层回填夯实,其压实系数不应小于0.97。
检测数量:施工单位抽样检测总桩数的3%,且每台班不少于1根。项目共计12.6万根挤密桩,抽检3780根。
检测方法:在全部孔深内,每1m取土样测定干密度,检测点的位置应在距孔心2/3孔半径处,轻型击实试验应符合《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)的规定。 5.2 桩间土处理效果的检测
桩间土处理效果的检测方法、数量及标准参见《灰土桩和土桩挤密地基设计施工及验收规程》(DBJ24-2-85):在孔之间形心点附近、成孔挤密深度内,每1m取土样测定含水率、干密度、孔隙比及湿陷系数。
检验数量:沿线路纵向连续每50m检验3处。 设计要求:基本消除湿陷性。 5.3成桩质量检验的评定
施工设计要求:桩间土最小挤密系数不小于0.90,平均挤密系数不小于0.93。处理后的复合地基承载力标准值达到200kPa。
表1为灰土挤密桩处理前后的地基含水量、天然容重、干容重、孔隙比、湿陷系数变化情况。
表1桩间土挤密前后主要物理力学性质指标
(1)由表1比较可以看出,经过灰土挤密桩进行地基处理后,处理深度内的桩间土干容重增加,孔隙比减小,湿陷性已基本消除。
(2)通过剖桩取样检测,桩身土的挤密系数为0.92~1.01,均值为0.965,满足施工设计要求,无侧限抗压强度平均值(fpcu)为919kPa。
(3)复合地基承载力标准值(fsp.k):项目采用柔性桩复合地基承载力公式计算:
fsp∙k=mfpk+(1-m)fs∙k
式中:m——面积置换率。
m=πd2/2∙3L2
= 0.145
式中:fp.k—桩身承载力标准值。
fpk=η∙fpcu
其中:η—强度折减系数,取0.65;
fpcu—桩身土的无侧限抗压强度平均值,取919kPa; k—挤密后桩间土承载力提高系数,取1.15;
fsk—桩间土原承载力标准值,根据平均含水量W和孔隙比e查表得出fsk=120kPa。 故计算fspk=204.6kPa
满足fspk大于200kPa的设计要求。
6、结束语
灰(石灰)土挤密桩处理湿陷性黄土地基施工工艺简单,施工简便快捷,且施工费用低、工期短、施工工期能得到保障,采用灰(石灰)土挤密桩施工工艺处理后的湿陷性黄土地基,综合性能好,加固效果显著,可以满足设计及规范要求。
【参考文献】
[1]建筑地基处理规范(JGJ79-2002) 中国建筑工业出版社,2003 [2]湿陷性黄土建筑规范(GB50025-2004) 中国建筑工业出版社,2004 [3]地基处理 中国建筑工业出版社,2007
浅谈灰土挤密桩在处理湿陷性
黄土地基中的应用
王芳
(第三工程有限公司 重庆 401121)
【摘 要】文章介绍甘肃省引洮供水一期工程总干渠k106+504.99~k109+027.95段黄土地基采用灰(石灰)土挤密桩加固地基的施工技术,通过本工程的实践,提高对目前灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基的应用认识,并为处理类似地基提供一个参考。
【关键词】灰(石灰)土挤密桩 处理 湿陷性黄土地基
1、工程概况
引洮15号洞项目位于陇西黄土高原区,其土体结构疏松,植被稀少,在夏秋暴雨冲蚀作用下易产生大量台塬性水土流失,海拔1500~2626m,相对高差一般小于300m。
K106+504.99~K109+027.95段al-plQ3黄土状粉质壤土渠段:地处黄土丘陵区缓坡地带,地层为al-plQ3黄土状粉质壤土,结构疏松,具有强湿陷性、中高压缩性、弱透水性,属Ⅳ级自重湿陷性场地,作为渠道地基土,它存在湿陷变形和冻胀破坏的问题,需进行工程技术处理。
处理采用灰(石灰)土挤密桩加固来提高k106+504.99~k109+027.95段暗渠复合地基承载力。灰(石灰)土挤密桩布设范围为渠身两侧95㎝范围以内地基部分,沿线路中心线布设单排灰(石灰)土挤密桩,其余按等边三角形分两侧均匀布设,每根桩长5m,共计桩长620930m(见图1、图2)。
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2、灰(石灰)土挤密桩工艺原理
2.1减少工后沉降的原理
黄土的强结构性及空隙是产生工后沉降的主要原因,灰土挤密桩由于在施工过程中,因冲击振动而对桩周围土体充分扰动,使大空隙黄土的原有结构受到破坏,且结构紧密,从而大大提高了抵抗湿陷和振陷的能力,减少了工后沉降。
2.2减少地基整体变形的原理
在成桩过程中桩间土也受到很大侧向挤压力,同样也被挤密加固形成了强制挤密区、挤密区以及挤密影响区,提高了桩周围土体模量,减小了地基整体压缩变形。
图1灰土挤密桩桩位平面布置示意图
图2灰土挤密桩桩位横断面布置示意图
2.3重锤强夯的作用
采用较重夯锤,孔内加固原材料单位面积受到高动能强夯击,使地基土受到很高的预压应力,桩体强度高、模量大,实践表明处理后的地基浸水或加载都不会产生明显的压缩变形。
2.4工艺最终效果
桩体及桩间土均得到了有效加固,复合黄土地基的整体刚度较均匀,满足结构地基承载力要求。
3、灰(石灰)土挤密桩技术参数
虽然在湿陷性黄土地基处理中灰(石灰)土挤密桩的应用比较广泛,但在工程实际当中多根据《建筑地基处理技术规范》和《湿陷性黄土地区建筑规范》进行技术参数的确定。 3.1桩心距可按下式进行计算
S=0.95∙
λc∙ρdmax∙D2-ρd∙d2
λc∙ρdmax-ρd
式中 S—桩心距(m); D—挤密填料孔直径(m); d—预钻孔直径(m); ρd—地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度(g/cm);
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ρdmax—击实试验确定的最大干密度(g/cm);
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λc— 挤密填孔(达到D)后,3孔之间土的平均挤密系数不宜小于0.93。 3.2复合地基的承载力标准值和变形模量可按下式进行计算
fsp∙k=mfpk+(1-m)fs∙k
Esp=mEp+(1-m)Esfpk=η∙fpcu
式中 fp.k、Ep—桩体单位截面积承载力标准值和变形模量; Fs.k、Es—桩间土承载力标准值和变形模量;
fsp.k、Esp—挤密复合地基的承载力标准值和变形模量; fpcu—桩身土的无侧限抗压强度平均值 m—面积置换率
4、灰(石灰)土挤密桩施工工艺
4.1施工准备
(1)复核地基土的含水率、饱和度,当地基土的含水率小于12%或大于24%、饱和度大于65%
时,应及时通知设计单位予以确认,由设计单位确定是否变更设计。
(2)进行填料的轻型击实试验,确定施工用的相关参数,如最佳干密度、最佳含水量(注意实际施工时的最佳含水量低于轻型击实试验做出的最佳含水量)、配合比等。
(3)施工前清除地表耕植土。平整场地,清除障碍物,标记处理场地范围地下构造物及管线。 (4)测量放线,定出控制轴线、打桩场地边线并标识。 (5)成孔机械表面有明显的进尺标记,以此来控制成孔深度。
(6)施工前进行土方、成孔、夯填和挤密效果试验,确定有关施工技术参数,并对试桩进行测试承载力和挤密效果等,对含水率较大的(如大于塑限含水率)应特别关注缩孔的问题,因缩孔影响桩长和桩径时,应及时与设计单位协商予以解决。试桩数量符合设计要求且不得少于2个施工单元(如按三角形布置每个施工单元7根桩)。 4.2施工顺序
为提高地基的挤密效果,要求成孔挤密应间隔分批、及时夯填,这样可以使挤密地基达到有效、均匀、处理效果好。在局部处理时,必须强调由外向里施工,否则挤密不好,影响到地基处理效果。而在整片处理时,应首先从边缘开始、分行、分点、分批,在整个处理场地平面范围内均匀分布,逐步加密进行施工,不宜像局部处理时那样,过份强调由外向里的施工原则。整片处理应强调“从边缘开始、均匀分布、逐步加密、及时夯填”的施工顺序和施工要求。 4.3施工工艺
(1)工艺流程图(见图3)
图3 挤密桩施工工艺框图
(1)平整场地:施工现场要求平整,以便大吨位桩机移机方便,同时保证桩的垂直度,场地最大坡度不得超过8%(走管式桩机最大爬坡能力)。
(2) 定桩孔位和编号放样:根据施工图纸进行轴线定位,现场监理验线后方可进行桩位放样,轴线测量精度控制在2cm以内,桩位放样不得大于5cm。
(3) 机械安装:设备到达场地后,组织经验丰富的技术工人进行安装,其间注意保证桩管的绝对垂直,并对易损件进行维修更换,保证施工的连续性。
(4) 校正垂直度:桩机就位后,校正桩管垂直度,切实保证桩尖与桩中心在同一直线上,切实保证桩身施工的垂直度。使沉管尖对准桩位,调平扩桩机架,使桩管保持垂直,用线锤吊线检查桩管垂直度,确保垂直度偏差不大于1.5%。
(5) 振动沉管及成孔:采用沉桩机将与桩孔同直径钢管打入土中拔管成孔,桩管顶设桩帽,下端作成60°角度锥形活动桩尖,施工前在桩架或钢管上标出控制深度标记,以便施工中进行钢管深度观测。灰(石灰)土挤密桩施工时控制拔管速度,在拔管前宜停顿10秒左右。成孔后清底夯实、夯平,夯实次数不小于8击,成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查,必要时可以适当反插,以保证桩径不小于200mm。
(6) 拌制灰料:根据设计要求,施工所用灰料为3:7灰土(体积比),生石灰中活性CaO、MgO含量不应低于50%(按干重计),粒径应小于5mm,夹石量不大于5%。熟石灰中不得夹有未熟化的生石灰块和过火石灰、欠火石灰,也不得含有过多水份,灰土的土料宜采用基坑开挖中挖出的土,但不得含有机杂质,使用前应过筛,其粒径不得大于15mm。灰土搅拌均匀,应控制适当的含水量(工地检验方法用手将灰土紧握成团,轻捏即碎为宜)。要现配现用,含水量过高,夯击密实度不能保证,且很难吸收地基中的水分,而且硬化后,出现的气孔导致后期强度不高,含水量过小。夯击不粘结,呈松散粉体,桩身没有强度,所以一定要选择最佳含水量(根据现场击实试验含水量在15.6%左右最佳)。
(7) 重锤夯实:然后向孔内灌料,分层压实。分层回填厚度280~320mm,夯锤数不小于40次,落锤高度不小于4m,以保证所需击实功。夯填高度应高出设计桩顶标高10cm。成孔后应及时做好夯填工作,在夯填前要准确测量成孔深度、孔径,作好记录。
(8) 检测:测挤密后桩及桩间土的含水率、干密度等项参数数值。
(9) 成桩:灰(石灰)土回填夯实采用连续施工,每个桩孔一次性分层回填夯实,不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。
5、质量检测
5.1 桩身密度检测
桩身密度检测方法、数量及标准参见《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91);孔内填料应分层回填夯实,其压实系数不应小于0.97。
检测数量:施工单位抽样检测总桩数的3%,且每台班不少于1根。项目共计12.6万根挤密桩,抽检3780根。
检测方法:在全部孔深内,每1m取土样测定干密度,检测点的位置应在距孔心2/3孔半径处,轻型击实试验应符合《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)的规定。 5.2 桩间土处理效果的检测
桩间土处理效果的检测方法、数量及标准参见《灰土桩和土桩挤密地基设计施工及验收规程》(DBJ24-2-85):在孔之间形心点附近、成孔挤密深度内,每1m取土样测定含水率、干密度、孔隙比及湿陷系数。
检验数量:沿线路纵向连续每50m检验3处。 设计要求:基本消除湿陷性。 5.3成桩质量检验的评定
施工设计要求:桩间土最小挤密系数不小于0.90,平均挤密系数不小于0.93。处理后的复合地基承载力标准值达到200kPa。
表1为灰土挤密桩处理前后的地基含水量、天然容重、干容重、孔隙比、湿陷系数变化情况。
表1桩间土挤密前后主要物理力学性质指标
(1)由表1比较可以看出,经过灰土挤密桩进行地基处理后,处理深度内的桩间土干容重增加,孔隙比减小,湿陷性已基本消除。
(2)通过剖桩取样检测,桩身土的挤密系数为0.92~1.01,均值为0.965,满足施工设计要求,无侧限抗压强度平均值(fpcu)为919kPa。
(3)复合地基承载力标准值(fsp.k):项目采用柔性桩复合地基承载力公式计算:
fsp∙k=mfpk+(1-m)fs∙k
式中:m——面积置换率。
m=πd2/2∙3L2
= 0.145
式中:fp.k—桩身承载力标准值。
fpk=η∙fpcu
其中:η—强度折减系数,取0.65;
fpcu—桩身土的无侧限抗压强度平均值,取919kPa; k—挤密后桩间土承载力提高系数,取1.15;
fsk—桩间土原承载力标准值,根据平均含水量W和孔隙比e查表得出fsk=120kPa。 故计算fspk=204.6kPa
满足fspk大于200kPa的设计要求。
6、结束语
灰(石灰)土挤密桩处理湿陷性黄土地基施工工艺简单,施工简便快捷,且施工费用低、工期短、施工工期能得到保障,采用灰(石灰)土挤密桩施工工艺处理后的湿陷性黄土地基,综合性能好,加固效果显著,可以满足设计及规范要求。
【参考文献】
[1]建筑地基处理规范(JGJ79-2002) 中国建筑工业出版社,2003 [2]湿陷性黄土建筑规范(GB50025-2004) 中国建筑工业出版社,2004 [3]地基处理 中国建筑工业出版社,2007