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強夯橡皮土的處治方法

李 哲1  賀建龍2   嚴 軍3  李 旭3  鄭 義3

(1．長安大學710068  西安；2．空軍工程大學導彈學院712000  西安；

3．陜西省建筑科學研究設計院710082西安)

1、工程概況

    中國航天工業(yè)總公司西安某廠擬建住宅樓l5棟，建筑面積l9056．12m2。擬建建筑物為七層磚混結構，條形基礎，基礎埋深一2．7m。建筑場地均屬濕陷性黃土場地，丙類建筑，建筑物安全等級為二級，巖土工程勘察等級為二級。

    根據(jù)場地特點，地基處理采用強夯法。設計要求強夯法處理地基承載力特征值為200kPa，施工采用履帶式 W1001型吊車進行，夯錘為平底圓形，直徑2．53m，錘重100kN，最大夯擊能量為l000kJ，夯錘單位靜壓力約20kPa。。夯點按井字形布置，間距3．4m，正方形網(wǎng)格整片處理。強夯施工分為兩遍夯，第一遍為連續(xù)夯，夯擊能1000kJ，第二遍滿夯，夯擊能300kJ。

    由于強夯施工期間遇雨且排水不利及其他原因(另文分析)造成部分建筑場地地基土強度不能滿足設計要求。強夯后使地基土上部(2m以上)成為中偏高壓縮性土，靜載荷試驗中，在未達到設計承載力值時地基沉降變形顯著，一定荷載作用下，荷載壓板周圍土體產(chǎn)生隆起，或出現(xiàn)多條環(huán)狀裂縫。原狀土夯后明顯呈層分布，各層厚約l～3cm不等，層間可見水平裂隙，施加小荷載后卸載表現(xiàn)出明顯的回彈現(xiàn)象，再次進行加卸載循環(huán)，仍存在較顯著的回彈，顯示出橡皮土的特性。

2、場地工程地質(zhì)條件

    工程場地位于長安縣韋曲鎮(zhèn)北塬，地貌單元屬l級黃土臺塬。地基土自上而下依次為：近代耕土，素填土，第四紀全新世新近堆積黃土，黑壚土，晚更新世風積黃土，殘積古土壤，中更新世風積黃土等，在勘察期間，20m深的鉆孔中未見地下水。3橡皮土的宏觀力學性質(zhì)3．1靜載荷試驗成果分析    本文以三棟建筑物強夯后地基土進行試驗分析。由于各建筑物處于同一地貌單元，地基土物理力學指標相近，取二個強夯失效地基與一個強夯處理成功地基進行對比分析，以期達到對強夯失效地基土的力學性質(zhì)有更深刻的認識。分析中甲、乙為強夯失效地基，丙為強夯處理成功地基。

    由圖l可知，甲、乙場地地基土比丙場地地基土更快趨于破壞，且在200kPa時的沉降量分別為：26.715mm，29.722mm是丙場地的6.7~7.5倍。甲、乙、丙三個場地的地基承載力特征值分別為：120kPa，110kPa和200kPa；變形模量依次為：8.6MPa，8.4MPa和31.3MPa。甲、乙場地地基強夯后承載力均未達到設計值，且沉降量很大，在未達到200kPa時地基土已破壞，而丙場地的試驗效果比較理想，其p—s曲線平緩，強夯后地基土的變形模量及承載力均達到設計要求。甲、乙場地橡皮土的變形模量均較低，反映出橡皮土抵抗變形的能力較差，地基土承載力低，不滿足建筑物地基承載力要求，需進行加固處理。

    3.2輕便動力觸探試驗成果分析

    取三個場地代表性的輕便動力觸探曲線進行對比，如圖2所示。

    丙場地輕便動力觸探曲線反映出N10。隨深度增加逐漸降低，表明強夯后地基土上部強度提高明顯，隨深度增加強夯影響區(qū)減弱，地基土強度逐漸降低并恢復至原始地基土狀態(tài)；而甲、乙兩場地的輕便動力觸探曲線與丙場地的情況相反，強夯后上部地基土強度較低，隨深度增加地基土強度逐漸增大達到原始地基土強度。甲、乙兩場地在小于2．1m時N10擊數(shù)較小，即N10<40；丙場地在同樣深度范圍內(nèi)的N10擊數(shù)較大，即N10>50。三條曲線在2．1m處相交，反映出該場地l000kN／m2強夯后形成的橡皮土的埋藏深度在一2．1m左右，在該深度以下一定厚度土層由于強夯的擊實作用，地基土層的物理力學性質(zhì)指標較原狀土有所改善，濕陷性消除，強度比上部土體高，即強夯的有效影響區(qū)。

4、地基處理設計

    4.1地基處理思路

    根據(jù)現(xiàn)場實測結果，該處理地基經(jīng)強夯后，其影響深度大于5.0m，有效深度約4.0m，其中上部2.0m左右土層為低強度的橡皮土，下部2.0~3.0m土層土性較原狀土有較大改善，強度提高，濕陷性消除。因此地基設計思路為：利用下部強夯土，改善上部橡皮土，并經(jīng)過經(jīng)濟比較認為，采用鉆孑L灰土短樁復合地基方法比較合理，置換一部分土性較差的橡皮土，換填力學特性及水穩(wěn)性較好的灰土材料，處理深度宜大于2m，使樁端處于較好的土層上，以便充分利用強夯處理后下部較好的土層。

    4.2地基處理方法及設計參數(shù)

    按上述思路，地基處理采用鉆機成孔，夯填2：8灰土成灰土短樁復合地基的方法進行地基補強加固處理。設計樁體直徑400mm，樁長2.5m，樁距700ram，排距600mm，正三角形滿堂布樁，設計置換率30％。采用KLB一400mm螺旋鉆機成孔，2.3kN圓形夯錘擊實，夯錘落距2.0m，夯擊能量為4.6kN‘m

    4.3處理效果檢驗

    灰土短樁復合地基靜載荷試驗結果見圖3，表明處理后地基土p—s曲線明顯呈緩變形形態(tài)，地基土壓縮沉降量顯著降低，強度明顯提高。灰土樁處理后效果見表2。設計樁體直徑400mm，置換率30％，實際樁體在鉆孔夯填過程中存在不同程度的擴徑，實測樁體平均直徑在420mm左右，因此，實際置換率為33％。比設計置換率大3％左右。在工作荷載下，灰土樁處理后的沉降量比強夯后橡皮土的沉降量降低了85％左右，在最大荷載下沉降量降低了78％～85％。灰土樁處理后地基承載力特征值比強夯后橡皮土承載力特征值提高了133％一l55％，變形模量提高了2.4~2.6倍。

表2灰土樁處理后與強夯后地基沉降量與承載力對比表

5、結論

    灰土短樁處理較大厚度橡皮土被證明是有效處理方法，處理后的地基達到了設計要求，滿足了工程需要。任何地基處理都有其特定的條件，本次地基處理充分利用強夯后下部土體被壓密且強度較高的特點，并以此為灰土短樁復合地基下臥層，達到減小處理深度，節(jié)約費用的目的。目前，對于橡皮土地基多采用開挖換填方法，由于挖除的橡皮土無利用價值，需外運棄置，導致二次處理費用較高及施工工期延長，對工程建設產(chǎn)生不利影響，而采用鉆孔灰土短樁復合地基處理的方法，由于夯實后的灰土樁樁體具有低壓縮性、水穩(wěn)定性的特點，同時，樁身灰土對樁周一定厚度的橡皮土中的水有吸附作用，從而在灰土樁周形成一弱鈣化圈，因此由灰土、鈣化圈和橡皮土形成的復合地基，整體強度大幅度提高。本次利用灰土短樁復合地基加固橡皮土地基的成功經(jīng)驗提供了一種處理較大厚度橡皮土地基的有效方法，可供同行借鑒。

參考文獻：

[I]《地基處理手冊》(第二版)，《地基處理手冊》(第二版)編寫委員會，北京：中國建筑工業(yè)出版社．2000   

[2]《簡明工程地質(zhì)手冊》，《簡明工程地質(zhì)手冊》編寫委員會，北京：中國建筑工業(yè)出版社．l998

[3]《復合地基理論及工程應用》，龔曉南，北京：中國建筑工業(yè)出版社．2002

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)