杨洪军 臧士宏 解欣媛

摘要：挤密法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。本文着重介绍挤密法在处理湿陷性黄土的设计及施工，并结合工程实践浅述一些自己的看法。

关键字：湿陷性黄土 灰土 挤密桩 褥垫层

湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，根据不同的地基土质和不同的结构物，地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素，最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。处理方法有垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法等。挤密法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,可处理深度为5~15m。本文结合工程实践着重介绍挤密法在处理湿陷性黄土的设计应用。

概述

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，故在润陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。灰土挤密桩或土挤密桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成桩时，通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，然后将备好的素土(黏性土)或灰土分层填入桩孔内，并分层捣实至设计标高。用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩；用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的上部荷载。灰土挤密桩法或土挤密桩法具有就地取材、以土治土、原位处理、深层加密和费用较低的特点，在我国西北及华北等黄土地区已广泛应用。另外灰土桩施工中如遇到土和水中含有过量强酸，不宜采用灰土桩；地基含水量大于23%、饱和度大于0.65以及土中碎（卵）石含量超过15%或有厚度40cm以上的砂土或碎石时，不宜采用挤密桩。

挤密桩设计与计算

1）灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积，并应符合下列规定。  (1)采用局部处理超出基础底面的宽度时，对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，每边不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.50m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.00m。  (2)当采用整片处理时，超出建筑物外墙基础底面外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1／2，并不应小于2m。 2） 处理深度及孔径灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的深度，应根据建筑场地的土质情况、工程要求和成孔    及夯实设备等综合因素确定。对湿陷性黄土地基，当挤密处理深度不超过12m时，不宜预钻孔，挤密孔直径宜为0.35~0.45m；当挤密处理深度超过12m时，可预钻孔，其直径（d）宜为0.25~0.35m，挤密填料孔直径（D）宜为0.50~0.60m。

3）布孔计算  为使桩间土均匀挤密，桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离s，可为桩孔直径的2.0～2.5倍.也可按下式計算：

S=0.95[（ηcρdmaxD2-ρd0d2）/ηcρdmax-ρd0]1/2

式中 S—孔心距 (m)；

D—挤密填料孔直径 (m)；

d—与钻孔直径 (m)；

ρd0—地基挤密前压缩层范围内各层土的平均干密度 (g/cm3)；

ρdmax—击实试验确定的最大干密度 (g/cm3)；

ηc—挤密填孔（达到D）后，3个孔之间土的平均挤密系数，不宜小于0.93。

挤密填孔（达到D）后，3个孔之间土的最小挤密系数：

ηdmin=ρd0/ρdmax

式中ηdmin=土的最小挤密系数：甲乙类建筑不宜小于0.88；丙类建筑不宜小于0.84；

ρd0—挤密填孔后，3个孔之间形心点部位土的干密度 (g/cm3)；

4)填料选择

桩孔内的填料，应根据工程要求或处理地基的目的确定，桩体的夯实质量宜采用平均压实系数λc控制，当桩孔内用灰土或素土分层回填、分层夯实时，桩体内的平均压实系数λc值，均不应小于0.96。灰土的体积配合比宜为2：8或3：7。

5）灰土挤密桩和土挤密桩复合地基承载力特征值，应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定，初步设计当无试验资料时可按当地经验确定，但对灰土挤密桩复合地基的承载里特征值，不宜大于处理前的2.0倍，并不宜大于250KPa；对土挤密桩复合地基的承载特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180KPa。

6)变形计算

挤密桩处理地基的变形计算应按国家《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定执行。其中复合土层的压缩模量应通过试验或结合当地经验确定。

挤密桩施工及检验

成孔应按设计要求、成孔设备、现场土质和周围环境等情况，选用沉管（振动、锤击）或冲击等方法，在大面积施工前，必须在现场选择有代表性的地段进行试验或试验性施工，其试验结果必须满足设计要求，一是要求桩间土的湿陷系数小于0.015；二是要求桩体的压实系数大于0.93；三是复合地基的承载力特征值满足设计要求。

施工中应注意的问题：

1、土料与水泥应拌合均匀，达到最优含水量，应由现场试验确定，灰土用量不得少于按配比试验确定的量。

2、成孔和孔内回填夯实的施工顺序，当整片处理时，宜从里（或中间）向外间隔1~2孔进行，对大型工程可采取分段施工；当整片处理时，宜从外向里间隔1~2孔进行。

3、桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5%，桩孔垂直度偏差不应大于1.5%；桩孔直径不得小于设计桩径；桩孔深度不应小于设计深度；向孔内填料前孔底必须先夯实桩顶夯填高度应大于设计桩顶标高200-300mm，在褥垫层施工时应将多余桩体及预留松动土层挖除，桩顶面应水平。

施工中可能出现的问题及处理方法

1、夯打时桩孔内有渗水、涌水、积水现象可将孔内水排出地表，或将水下部分该为混凝土桩或将水下部分改为混凝土桩或碎石桩，水上部分仍为土（或灰土）桩。

2、沉管成孔过程中遇障碍物，可采取以下措施处理：

1）用洛阳铲探查并挖除障碍物，也可在其上面或四周适当增加桩数，以弥补局部处理深度的不足，或从结构上采取适当措施进行弥补。

2）对未填实的墓穴、坑洞、地道等面积不大，挖除不便时，可将桩打穿通过，并在此范围内增加桩数，或从结构上采取适当措施进行弥补。

3、夯打时造成缩颈、堵塞、挤密成孔困难、孔壁塌陷等情况，可采取以下措施处理

1）当含水量过大缩颈比较严重实，可向孔内填干砂、生石灰块、碎砖渣、干水泥、粉煤灰：如含水量过小，可预浸水，使之达到或接近最优含水量。

2）遵守成孔顺序，由外向里间隔进行（硬土由里向外）。

3）施工中宜打一孔填一孔，或间隔几个桩位跳打夯实。

4）合理控制桩的挤密范围

质量检验：

成桩后，应及时抽样检验灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的质量，检测全部处理深度内桩体和桩间土的干密度，并分别换算为平均压实系数和平均挤密系数，对重要工程还应检测全部处理深度内桩间土的压缩性和湿陷性。抽样检测的数量，对一般工程不应少于总桩数的2%；灰土挤密桩和土挤密桩复合地基在竣工验收时，其承载力检验应采用复合地基载荷试验。

设计实例

某物流仓库位于青海省西宁生物园区，场地黄土属II~IV自重湿陷性，湿陷深度7~14m，最大總湿陷量758.6mm，最大自重湿陷量612.4mm。根据建筑特点并结合地质情况，基础下地基采用2：8灰土挤密桩复合地基处理，处理范围为基础每边宽度0.75倍；地坪下采用素土挤密桩处理。桩径400mm，桩长根据地质报告确定7~12.5m，采用正三角型布置（平面布置见下图1）。所选填料灰土的最大干密度≥1.70t/m3，应分层回填夯实，压实系数≥0.95。依地质勘察报告揭示，挤密处理前场地黄土的土粒比重为2.69，土样的天然含水率为7.9~17.8%，天然孔隙比0.674~1.059，干密度为1.31~1.63t/m3，其最大干密度按1.68t/m3估算，经挤密处理后的桩间土平均挤密系数应≥0.93。根据当地工程经验，施工工艺采用洛阳铲人工掏孔，专用偏心轮自动落锤夯实机夯实灰土，灰土按有关规范要求严格过筛、拌和，控制最优含水量。挤密桩顶标高以上应设置500mm厚的灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。挤密桩施工完成后检测地基自重湿陷量完全消除，各项指标均达到设计要求。该工程已完工，并使用1年多，经沉降观测沉降量均满足规范及使用要求。

图1

结束语

湿陷性处理方法很多，但应因地制宜，合理选择。挤密法对于湿陷性较强的自重湿陷性黄土地基是比较好的处理措施，本技术施工方便、工期短、造价低，处理10~15m左右深度湿陷性黄土效果明显；其最大优点就在于可就地取材，比其他处理湿陷性黄土方法造价为低，尤其像西北等缺水地区更为适用。

参考文献：

[1] 高大钊《地基加固新技术》机械工业出版社,2002.

[2] 张永钧《建筑地基处理技术规范》2002

[3] 黄熙龄《建筑地基基础设计规范》2002

[4] 罗宇生《湿陷性黄土地区建筑规范》2004

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。