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岩土研究院

生石灰-粉煤灰桩加固可液化软土地基

326 2022-05-27 10:13:06

(一)工程和地质概况

该车辆厂解体整备联合车间为单层的钢筋混凝土排架结构,独立基础,建筑面积为12000m²。设计要求地基承载力标准值不得小于170kPa。


根据工程地质报告,厂房场地自上而下各土层依次为;


(1)杂填土;埋藏深度为自地表向下1.54m,呈硬塑~可塑状,标准贯入试验锤击数平均为8击,因车辆的碾压,表层较为坚硬,地基承载力标准值在200kPa以上,下部较软,呈饱和、软塑状;


(2)黄土状的粉土;埋藏深度在地表下1.54~4.24m,呈饱和、可~软塑状,标准贯人试验锤击数在地表下2.25~2.55m范围内为9击,3.25~3.55m范围内为3击,地基承载力标准值仅82kPa


(3)黄土状的粉土;埋藏深度在地表下4.24~6.81m,饱和、可塑状,标准贯入试验锤击数在地表下4.25~4.55m范围内为5击,5.25~5.55m范围内为10击,6.25~6.55m 范围内为9击,地基承载力标准值为185kPa。


场地地下水静止水面距地表约1.2m,地震设防裂度为8度。


(二)地基的处理

1.地基加固方案的选择

由于解体整备联合厂房柱基础除少数坐落在第三层黄土状的粉土层上以外,绝大多数都坐落在第二层软弱的黄土状粉土层上,该层土的承载力远不能满足设计要求,同时地表下3.25~5.25m范围内的饱和粉土的标准贯入试验锤击数低于土层液化的临界标准贯入击数,在地震作用下可能产生液化,导致地基失稳,因此必须对地基进行加固处理,以消


除地震液化潜趋、增强地基的承载力,满足设计要求。

由于厂区内相似地质条件的电器车间的地基采用6m 长、桩径 325mm、桩距1200mm 的砂桩处理后效果不甚理想,未达到设计要求的150kPa 的地基承载力标准值;而灰土或土桩又不能适合于地下水位以下的地基加固;考虑到山西境内石灰资源丰富,石灰桩桩体强度和刚度也大于砂桩和碎石桩,桩体和桩间土又能起到相互约束作用,地基承载力提高的幅值高于砂桩和碎石桩,并目石灰桩还具有渗透性高的优点,有利于孔隙水的消散。因此考虑采用石灰桩加固方案。为了提高桩体的刚度和强度,防止纯石灰桩在地下水位以下可能出现的软心现象,决定采用改良石灰桩即在生石灰中掺入粉煤灰的加固方案,粉煤灰采用太原钢铁厂的粉煤灰。

2.地基施工参数

根据施工经验和施工机械的条件,生石灰—粉煤灰桩在距柱基周边1.5m 左右和铁轨中心3.5m左右的范围内以1.1~1.2m 边长的方格布设,桩径为340mm,桩长为5.2m,以穿透第二层和第三层顶部的松软的饱和粉土,抵达较密实的粉土层,消除液化潜势,提高地基承载力,减小压缩性。

桩体填料采用配比为 7;3 的生石灰和粉煤灰填料。为了保证桩体的密实性,防止软心现象的出现,要求桩体每米的充盈系数在1.7~2.0之间,同时在桩顶 lm 左右以粘土进行封顶。

3.施工流程

由于场地地下水位较高,灌灰后填料很快吸水涨发,会使填料难于脱管,因此必须采用振动沉管管外成桩工艺施工。

施工采用2台 BJ-580A型单频纵向垂直振动沉桩机沉管。工艺流程为;

沉桩机就位→振动沉管(至设计标高)→拔管(提出地面)→灌灰,(不超过1m)→振动沉管,压密→拔管,提出地面→灌灰→振动沉管→灌灰,如此反复,最后以黄土封顶。

施工中为保证桩身质量,每次灌灰都不得超过 1m,并反复进行填料压实。沉管时严格按管上的刻度控制每次沉管的深度,以取得最佳的捣固效果。


本工程实际布桩8800根,处理深度为5.2m,总进尺 45760 延长米。每根桩施工时间为10min 左右,采用两班制作业,实际施工60d。


(三)地基处理效果

为了了解地基处理后地基加固的效果进行了动力触探、静力触探、载荷试验、旁压试验和室内土工试验。


1.土工试验

土工试验共取样 22 个。试验表明,打桩后黄土状粉土层物理力学性状有了明显改善,天然含水量降低了13.29%,重度提高了0.3%,孔隙比降低了 3.1%,压缩模量提高了18.87%,土层的密实度显著增大,压缩性明显降低。


2.动力触探

对桩间土27个测点的标准贯入试验表明,各土层的标贯击数均有明显提高,尤其在松软的粉土层中,标贯击数增加了 200%,桩身长度以下部分土层,标贯击数增加不大,见表8-33。标贯试验表明,加固后饱和粉土的液化潜势完全得到了消除。


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3.静力触探

对桩间土 7 个测点的静力触探试验表明,在深度约 3m 左右静力触探比贯人阻力 p。开始增大(见图8-30),明显高于原天然地基。


4.复合地基静载试验

静载试验承压板埋置在与基础相同埋深的复合地基上,承压板为1.1m×1.1m 的钢筋混凝土平板。地基承载力基本值分别取0.015b和0.02b(b为承压板边长)所对应的荷载值。静载试验 p—s曲线见图8-31所示。由 p一s曲线可见,承载力基本值分别达226kPa和 236kPa,远远大于设计要求的承载力,满足了设计要求。


(四)经济分析

本工程共使用8800根石灰一粉煤灰桩,总进尺 45760m,每根桩的操作时间为 10min 左右,整个地基的石灰--粉煤灰桩施工 60d全部完成。平均单位面积的加固成本为31元/m²。与采用振密砂桩相比,本工程共节省投资18.6万元。