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岩土研究院

灰土桩加固多层综合住宅楼下杂填土地基

340 2022-05-26 10:08:34

(一)工程地质概况

西安市某五层(局部六层)的综合住宅楼,底层为产品展销大厅,上部四层为住宅,建筑物总长72m,建筑面积4100m,底层为全框架结构,上层为砖结构,条形基础,基底设计荷载200kPa。


建筑场地位于填实的旧皇城护城河上,地貌单元属于渭河I级阶地。从现天然地面往下4.45~5.25m深度内,为杂填土层,其中2m以上含大量砖头、瓦片以及炉渣、石灰渣、石子、煤灰等,2m以下堆积的是以粉质粘土为主的人工土,但土的成分杂乱,结构松散,砖瓦片含量减少约30%,杂填土层以下为粉质粘土,黄褐~褐黄,含云母及多量氧化铁、少量碳酸钙,偶见蜗牛壳,软塑~可塑,稍密饱和,地基承载力标准值为120kPa。地下水埋藏于地面下3.46~3.63m,地下水位以上的杂填土具有明显的湿陷性。土体的物理力学性能指标见表8-9。


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(二)地基处理方案

由于场地土具有明显的湿陷性,并且地基承载力也低于设计要求,因此,必须进行加固。经研究论证,初步决定采用灰土挤密桩进行处理。

1.现场试验

为了给地基处理提供设计依据,同时为了验证地下水位以下的粘性土中灰十桩的加固效果,在现场采用600kg的紫油打桩机分别打设了直径为 28cm 和 38cm 的灰土桩。并进行了现场载荷试验和桩间土的土工试验。

(1)复合地基的承载力

荷载试验分别根据灰土桩的直径采用5000cm²和 10000cm2的圆型刚性承压板进行。其

中直径为 28cm 的采用5000cm²的压板,直径为38cm 的采用10000cm²的压板,压板直径接近于3倍的灰土桩盲径。复合地基载荷试验结果,见表 8-10。


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试验表明,灰土挤密桩复合地基的承载力随着桩的灰土龄期的增长承载力不断提高,桩体的压缩变形不断减少,二次挤密地基的地基承载力将明显提高。试验表明,灰土挤密桩复合地基在灰土桩打设 50天左右后,地基承载力的标准值可达 200kPa以上,完全能满足设计的要求。


(2)挤密地基物理力学性能分析

根据地基加固前后探坑取样试验分析(试验结果见表 8-11-A),挤密后,杂填土的干重度提高了1l.28%,孔隙比减小了27.4%,压缩系数降低了67.85%,压缩模量提高了186.9%,土体的物理力学性能指标有了明显的改善。地基土的湿陷系数由0.042~0.048降低到 0.003~0.006,可见挤密后杂填土的湿陷性已基本消失,达到了消除湿陷性的目的。

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(3)桩挤密加固的范围

通过测定挤密灰土桩桩周土体干重度的变化(见表8-11-B),可知,经灰土挤密后,被挤密范围可达距桩边约60cm处,即挤密范围大约相当于4.5倍的灰土桩直径。因此,根据以往经验按2.5d~3.0d作为有效挤密范围是安全的。


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(4)灰土的抗水性

由于该工程地下水位较浅,为了了解浸水情况下灰土强度的变化,进行了浸水与不浸水灰土抗压强度试验。试块的制作采用钢模,灰土厚 25cm,夯实至 15cm。拆除钢模后当天理入事先挖好的养护井中。在地下水中养护。然后按照试压的龄期取出,再修制成标准试块尺寸(10em×10cm×1Ocm 和7.07cm×7.07cm×7,07cm),试验结果列于表8-12。试验表明,浸水后灰土的抗压强度将大幅降低,但仍随龄期的增长,抗压强度有所增长;如在灰土中添加水泥,可有效提高灰土的早期抗压强度。所以认为灰土桩在水下使用是可以的,灰土夯实后浸水,强度虽有较大幅度下降,但随时间的增长,灰土的强度也仍然在增长,而一般基础施工时间较长,使灰土能具有一定的龄期,也就具有足够的强度。


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2.地基处理方案

鉴于上述现场原位试验和室内土工试验的结果,最终确定采用灰土桩进行地基加固处理。

灰土挤密桩按正三角形布置,间距 2.5d(d为挤密桩直径)。桩长为4m,穿透杂填土层支撑于粉质粘土层上,桩长约为三分之二的压缩层深度,桩尖约位于0.3倍附加压力处。挤密桩桩径为28cm。挤密的地基宽度为每边超出基础0.2b(b 为基础宽度),使处于0.3倍附加应力等值线范围以内的地基均被挤密,挤密地基以外杂填土仅承受约小于 0.3倍附加应力的扩散压力。


灰土桩的桩身填料在地下水位以上,采用2∶8灰土;地下水位以下,采用3∶7灰土,并掺以适量的水泥,以提高灰土早期强度。


(三)灰土挤密桩的施工要点灰土挤密桩的施工流程为;

平整场地一放线布点一→桩机就位一打桩沉管→拔管成孔→填料夯实。


施工采用 600kg 的柴油打桩机打桩。施工前期,采用人工夯填时,为避免打桩振动造成邻近桩孔的缩孔和坍塌,采取第一次打①号三个桩,第二次打②号三个桩,第三次打③号三个桩,第四次打④号三个桩的打桩步骤,见图 8-5a。当采用机械夯填时,夯填速度较快,打桩采取边打边填,间隔打孔工艺成孔,见图8-5b。


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施工初期,采用人工夯实。人工夯实使用25kg重带长杆的预制混凝十锤夯打。施工前在地面上测定每次虚铺灰土的用料量,制定标准量斗,施工中均以量斗向桩孔下料。再根


据每铺一层灰土,用 25kg 重的预制混凝土锤夯打至最大干重度所需的锤击数作为夯打填料的标准。施工后期,采用机械夯实。夯锤重50kg,落距 40cm,采用机械施工时,只需将灰土用铁锹随着夯实机不间断的夯击,均匀的一铲一铲填入即可。


本工程采用 600kg 柴油打桩机。桩管用无缝钢管制成,下端焊成锥形,约成 60°角,桩尖可以上下活动,见图 8-6。当桩管打入土中时,活动桩尖与桩端顶紧。当桩管拔起时桩尖与桩端脱开。空气可以流通。以减小拔桩时的阻力。由于本工程部分被加固土层在水下,为了避免地下水位以下的饱和土层拔桩管后发生缩颈,施工时除了加大桩孔间隔以减少邻近桩孔打桩造成桩孔软土内涌外,在拔桩管前,还采取了向桩管内灌水的措施,以使桩管周围的软土不致粘住桩尖,造成拔管困难或拔管后桩尖粘连大量软土造成桩孔坍塌。


(四)加固效果

本工程经灰土挤密桩加固处理,地基承载力提高了近一倍,处理工期为30天,仅为一般地基处理工期的1/2~1/3。工程建成后半年,通过沉降观测总沉降量约为20mm左右,两柱间差异沉降小于千分之一,地基加固效果良好。

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