湿陷性黄土地基中灰土挤密桩的应用分析

光 喜 彬

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

湿陷性黄土地基中灰土挤密桩的应用分析

光 喜 彬

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

结合工程实例，以灰土挤密桩为对象，分析了其在湿陷性黄土地基中的作用机理，介绍了湿陷性黄土地基设计方法和处理效果，就目前湿陷性黄土地基灰土挤密桩施工中的不足提出了相应的意见和建议，为湿陷性黄土地区中地基的处理提供参考。

地基，浸湿，湿陷性黄土，灰土挤密桩

0 引言

我国黄土地区分布十分广泛，主要分布在西北的宁夏、青海、甘肃、陕西等省份，华北地区的山西、河北、河南等省份，分布面积约为我国国土面积的5%，分布十分广阔。黄土地区土的典型特点为湿陷性，湿陷性指的是黄土在自身作用和附加荷载的作用下，由于水的存在使土体饱和而发生危害性沉降的性质。为防止和避免因黄土的湿陷性给建筑物或结构物带来不均匀沉降、倾斜或开裂等危害，目前我国湿陷性黄土地区一般采用深层密实法、排水固结法、换填垫层法及化学加固等方法来处理和加固地基。其灰土挤密桩具有以土治土、深层加密、就地取材、原位处理及费用较低等特点，在湿陷性严重的黄土地区,使用灰土挤密桩进行湿陷性黄土地基的加固处理,能够有效消除土的湿陷性，大幅度地提高地基承载力,加快施工速度,减少工期,造价低廉，是处理黄土地区严重湿陷性灾害有效办法之一，已在我国黄土地区大范围使用。

1 灰土挤密桩的性质

灰土挤密桩能够广泛应用于黄土地区的原因为其具有如下性质：

1)灰土挤密桩为横向挤密结构桩，可消除黄土地区地基土的湿陷性，提高地基的承载能力，降低土的压缩性。2)相对于换土垫层，无需大量的回填，避免大规模的土方开挖和土方回填，缩短工期、节省资源。3)处理深度较大，一般可达到10 m～15 m左右。4)灰土挤密桩多使用石灰、素土等较为廉价的材料，可就地取材，因而造价相对低廉，对环境污染较小。5)无需复杂施工设备，施工机械较为简单、施工方便、效率高。

2 灰土挤密桩的工作机理

湿陷性黄土属于特殊土质，土质较为均匀，但土体结构疏松，孔隙比较大，干密度较小，含水率大，因浸水后土体结构发生破坏而产生附加变形。试验研究表明，当黄土土体的干密度和其压实度达到一定峰值时，黄土的湿陷性可以基本或完全消除。为治理黄土的湿陷性，灰土挤密桩充分利用上述机理，通过挤压成孔使桩间土体得以压密，从而减小孔隙比和含水率，增加黄土土体的干密度，形成承载力较高的人工复合地基。其加固具体原理如下：

1)土的侧向压密：灰土挤密桩成功过程中，孔位原土体被成孔设备强制压密，同时使灰土桩周围土体亦得以挤密，从而提高黄土土体的强度，避免或减小其湿陷性。通常挤密桩的影响半径为1.5d～2.0d(d为桩的直径)，试验研究表明，相邻挤密桩的桩间土体具有叠加挤密现象，即桩间土的中点压实度最大，挤密效果最好，合理的桩间距离应为2d～3d(d为桩孔直径)。土体的挤密效果与含水量有关，当含水量位于最优含水量附近时，土体呈塑性状态，挤密效果较好；当含水量偏低时，即小于塑限值，土体属于固态或半固态，挤密影响区域变小，挤密效率偏低；当含水量较大时，即大于液限值，土体呈流动状态，挤压会引起超孔隙水压力，挤压力基本由孔隙水承担，土体有效挤压效率较低，且成孔过程中因土的粘滞性，拔管时会出现缩颈现象。

2)灰土的作用：灰土挤密桩由石灰和土以2∶8或3∶7体积比拌合后，将孔内土体经机械压实挤密形成，这种混合材料具有气硬性和水硬性，在空气或遇水条件下会形成凝结胶体，土的固化作用会随龄期的增长而增强。

3)桩体的作用：灰土挤密桩的变形模量约为桩间土变形模量的2倍～10倍，上部荷载会传递到挤密桩，使桩体产生应力集中，从而降低了基础底面持力层的应力，消除了持力层的压缩变形和湿陷变形。另外，灰土桩对桩侧土有侧向约束作用，限制土的水平方向位移，使得桩间土的物理性质发生改变，即土的干密度变大、孔隙率变小，使得承载力提高，消除了土的湿陷性。

3 设计要求

使用灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基后，其地基承载力特征值应在现场进行单桩或多桩荷载试验确定。若地基承载力特征值在设计初期不确定时，可借鉴临近工程的相关土体物理参数，经分析后用于设计计算。但使用灰土挤密桩处理后的地基承载力特征值，宜不大于处理前地基承载力特征值的2.0倍，且不宜大于250 kPa[5]。

灰土挤密桩一般采用等边三角形排列桩孔，其设计计算一般包括以下几方面：

1)桩孔直径。宜为300 mm～450 mm，可由成孔设备或成孔方法确定。

2)桩孔间距。桩间距宜为桩孔直径的2.0倍～2.5倍，或按如下公式估算：

3)灰土挤密桩范围内，土和挤密桩加固面积要大于建筑物基础的面积，从而保证地基的整体稳定性。

4)对于桩长设计，应该考虑到采用较为简便的方法来处理5 m以内土层加固，一般情况下，加固15 m以上的土层受到成孔设备条件限制，因此处理深度一般为5 m～15 m。

5)对于桩孔内部的填料，灰土挤密桩可选用与桩间土性质相近的黄土或者就近挖运的黄土类土，桩填料可使用体积配合比为2∶8或3∶7的消石灰与土混合土。

4 灰土挤密桩施工及验收方法

施工主要包括桩孔成孔和桩孔夯填。成孔方法有沉管法(锤击或振动方法)、冲击法及爆扩法等。成孔施工时地基土宜接近最优含水量，若含水量低于12%时，应掺水使土体能含水量达到最优的含水量。孔内土体应在施工前期夯实，选择合理场地进行有代表性的夯填技术试验，以确定最佳夯击次数和最佳填料厚度及最佳含水量。进行夯填试验时，桩间土的干密度、孔隙率等物理参数由现场原位试验获取。

成桩结束后，应对灰土挤密桩处理后地基的质量进行抽样检验。抽样检验的数量，对一般工程不应少于桩总数的1%，对重要工程不应少于桩总数的1.5%。抽样检验的主要内容有：施工记录的检查和桩间土的干密度检测。灰土挤密桩地基加固质量竣工验收时，采用复合地基载荷试验检验加固或处理的地基承载力，检验数量最少应为总桩数的0.5%，且每项单体工程不应少于3点[5]。

5 结语

灰土挤密桩具有以土治土、深层加密、就地取材、原位处理及费用较低等特点，在湿陷性严重的黄土地区,使用灰土挤密桩进行湿陷性黄土地基的加固处理,能够有效消除土的湿陷性，大幅度地提高地基承载力,加快施工速度,减少工期,造价低廉。目前该技术已经很成熟，是处理黄土地区湿陷性问题的有效的方法，可在湿陷性等黄土地区广泛应用。但使用灰土挤密桩时，应综合考虑工程地质、水文地质情况、土的含水量及干密度等多方面因素，保证施工安全有效进行。

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[5] GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[6] JGJ 79—2002，建筑地基处理技术规范[S].

[7] 刘景政，杨素春，钟冬波.地基处理与实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

On analysis of application of lime-soil compaction pile in collapsible loess foundation

Guang Xibin

(ShanxiChemicalDesignInstitute,Taiyuan030024,China)

Combining with the engineering examples, the paper analyzes the lime-soil compaction pile’s mechanism in the collapsible loess foundation, introduces the design methods and treatment effect of the collapsible loess foundation, and points out respective suggestions for the defects in the lime-soil compaction pile construction in the foundation, so as to provide the reference for the treatment of the foundation in the collapsible loess areas.

foundation, soaking, collapsible loess, lime-soil compaction pile

1009-6825(2015)16-0043-02

2015-03-28

光喜彬(1979- )，男，工程师

TU475.3

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