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岩土研究院

生石灰砂桩处理地基

368 2022-04-12 15:30:31

(一)工程概况

隆德医院建在宁夏南部隆德县城内偏西。占地面积 25000m²,建筑面积约6500m²。主要建筑物有门诊楼、住院部等。最高4层,最低2层,无特殊设施,采用条形基础,属一般民用建筑。

(二)工程地质条件

1,地形;整个县城的地形受山地的控制。东高西低,场区内高低不平。高差达2.0m。施工前经人工平整。

2.地质条件∶见表3-8-17。

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3.地下水∶由于六盘山的影响,该地区夏季雨水充足,地形又低洼,所以地下水极为丰富。静止水位在1.0m左右,属潜水类型。

(三)地基处理方案的对比

根据场区工程地质条件,提出三个地基处理方案。

1.大开挖

这是当地常用的处理方法。设计下挖5.0m。基础四周向外扩宽1.0m,然后分层用素土回填、夯实至基础底面。按设计要求挖土方15500g,回填1250m²;打降水井8~10口,预算造价34~36万元,工期3个半月。处理后地基土承载力要求达到 140kPa。

2.钢管挤密桩

设计采用灰土桩(3∶7)。但由于地质情况不能成孔,故此方案无法实施。

3.生石灰砂桩

本方案预算造价 13万元(基中包括试验费和降水费等)。按现有施工机械和技术实施情况,确定用此方案。

(1)布桩原则∶按以往经验,复合地基强度的提高主要靠灰砂桩本身强度的提高,次之才是桩间土。由试验得知,灰砂桩的强度可达到600~800kPa,桩间则比原地基土提高 20~30kPa,所以灰砂桩强度的提高就意味着复合地基强度的提高。本工程原地基七承载力80kPa,桩长设计5.0m,桩顶封土(一般粘性土)1.0m,桩径0.32m,生石灰60%,工程砂40%,单桩承载力按 40~51kN/根考虑。处理后的桩间土考虑10kPa。所以每平方米(条形基础下)布桩25 根左右。加固后复合地基要求180~200kPa。

(2)施工技术及设备∶生石灰砂桩的施工设备采用螺旋钻机成孔,人工(或机械)分层填料夯实。

①桩材料的质量∶块状生石灰的活性氧化钙含量应>70%,含渣量应<10%;干工程砂(中粗砂)泥土含量不应超过8%。

②生石灰的粒度∶块状生石灰应从5.0cm 以下各粒组都有。如果地基土的含水量过大,大块生石灰的比例应当适当增加,但粒径不宜大于8,0em。

③成桩过程;按设计桩位用螺旋钻机先成孔,然后将加工好的生石灰块和工程砂按体积比(6;4)掺匀,分层填入孔内。每次填料不超过 50kg(或0.4m),用大于10kg 的梨型锤夯击 25欢次。锤落距大于 50cm。在成桩过程中由于地下水降深的不理想。成孔后地下水上通较快,有时发生孔内爆炸。其威力不亚于一枚手榴弹,稍不注意就会伤人。所以每当桩孔内吱吱冒白汽时,人员应马上远离桩孔,以防爆炸伤人。这种情况在孔内无水或水很少时不会发生。因此孔内有水时成桩速度要快,夯实要有力。

(四)复合地基效果检验

灰砂桩加固软弱地基具有施工简便、取材容易、造价低、效果好的优点。但复合地基的检验往往在工程中成为本方法能否采用的重要因素。本工程的检验分为成桩后 25d 和10个月两个阶段进行。并在试验区作了不同掺合材料的效果对比试验。

1.直接观察

在成桩后25d挖开看。桩体硬结很好、锹镐挖掘困难,整段取出不破碎,放入水中不施加外力不崩解。此时桩体直径 35~38em。个别可达到 40cm。桩体膨胀后对桩间土有明显的挤密作用,地表大部分都可看到裂缝。

2.成桩 25d的检验

本次试验做试验载荷3个点,其中单桩 1个,复合地基2个;轻便动探点 12个。轻便动探做在桩间土上,N,击数比原地基土一般高2~3击。单桩承压板为方形,面积0.1m²,单桩承载力基本值为52kN,p-s曲线见图3-8-38。复合地基试验承压板呈同心圆,试验深度1,2m;板下压1根桩,桩和承压板呈同心圆,试验深度1.2m;坑底为杂填土,取值采用s/b=0.015的相对沉降量所对应的p作为复合地基的承载力基本值、取210kPa,p-s曲线见图3-8-39。

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1.生石灰与其它不同材料掺合成桩对比

p-s曲线见图3-8-42。由试验结果可以看出,生石灰60%、炉渣 40%掺合后加固效果比较好;生石灰 60%,工程砂40%的掺合料加固效果次之。但由于工程砂取材容易、造价低,所以本工程选用了生石灰砂桩。

为了进一步验证,又对生石灰砂桩和纯石灰桩同等成桩条件下不同时期后的效果进行了对比试验,结果如下∶生石灰桩膨胀较好,平均(10根桩)直径 39.1cm(原桩径32cm,以下同),生石灰(60%)砂(40%)桩平均(10根桩)直径37.2cm,25d后的载荷试验结果见图3-8-43(a)。载荷试验的承压板为圆形,面积0.5m²,试验深度1.4m,板底压1根桩,取值按 s/b=0.015,生石灰承载力基本值190kPa;灰砂桩承载力基本值 195kPa。由试验结果可以看出,在成桩时间较短时二者的复合地基强度相差不明显,但随着时间的增长其强度差异越来越大。如图3-8-43《b)是在同等成桩条件下的载荷试验结果。因此生石灰掺入一定量的工程砂不仅降低了工程造价,而且对桩的后期强度提高也是有益的。只不过应根据工程地质条件的不同调整灰砂比而已。生石灰与炉渣的掺合材料成桩效果虽然很好,但由于炉渣的来源有限,所以不易推广。

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2. 复合地基试验的选择

复合地基的检验工作一般是在成桩后一定时期,桩体的前期固结(或硬结)基本完成后进行

桩体前期固结(或硬结)是否完成可通过直接观察判定。一般用肉眼观察桩体充分膨胀(柱径增加5.0cm左右))。桩间土有明显的挤密现象,地表有明显的裂缝。挖开桩间土后桩体能直立不倒塌、分段取出不破碎、放人水中不施加外力不崩解。锹、镐挖掘桩体较困难,这样就可以认为桩体的前期固结基本完成。

一般成桩后20~30d 即可完成桩体的前期固结。但此时桩的前期固结强度只是最终强度的 80%左右。如本工程成桩 20~25d的复合地基载荷试验承载力 200kPa,10个月后复合地基载荷试验承载力 220~230kPa,比最初提高 20~30kPt。由此可见,桩体的前期固结基本完成后,复合地基的后期强度再提高是缓慢的。所以。只要达到桩体的前期固结强度即可进行试验,至于后期强度可作为安全系数考虑。根据试验观察复合地基后期强度的提高主要来源于桩体本身,桩间土的提高甚徽。这一点可通过载荷试验结果说明(见图3-8-44)。

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3. 在灰砂桩应用上应注意的问题

生石灰砂桩加固地基一般适用于杂填土、素填土、软粘性土、淤泥质土和湿陷系数不大的黄土类土。对深层和厚层软弱地基不太适宜。因为桩体本身刚度不很强,负荷后力的传递深度只是桩径的6~10倍,桩长大于此深度时对提高承载力作用很小。土层的不同,对成孔和成桩都有一定的影响。对松散砂主要应考虑成孔问题,在成桩范围内,流塑或近流塑状态的粉土层如果过厚,在成孔过程中就会产生塌孔和缩孔现象,会直接影响成桩质量,所以,此时应考虑降低土的含水量,地下水不但对施工有影响,而且与成桩质量也有直接关系。本工程由于场地地形的关系。地下水具有一定的承压水性质,,当钻透上部(粉质粘土)隔水层时,地下水迅速上涌,在成桩过程中经常发生孔内爆炸。由于地下水上涌快。桩体不易夯实,因此应采用抽水降低水头、排桩截流的措施。地下水位太浅、土的含水量过大都是影响成桩质量的因素。尽管在成桩过程中对地下水有一定的降低(每kg生石灰可吸收0.32kg水),但如果地下水过大。大部分桩体长期泡在水里,是不利于桩体的前期固结的。一般地下静水水位应低于设计基础面 1.5m 以上,这样才能保证整个桩体在建筑施工过程中的前期硬结和桩间土的压密固结,但是如果被加固地基土的含水量过低,生石灰在短期不能充分膨胀,这样就不能在短期内达到挤密地基、桩体固结的目的。因此在生石灰砂桩的应用过程中。除地层本身的因素外,地下水也是一个至关重要的因素。

(六)技水经济效果

生石灰砂桩加固软弱地基效果是好的,经济效益也是显著的。本工程 3300 根桩,施工时间2个月左右,包括试验等不超过2个半月,比大开挖提前1个月。节约资金21万元,只是大开挖费用的38%。由于复合地基承载力较高,达到210kPa,超过了预计的加固要求180~200kPa,使建筑物基础宽度减小,也相应降低了土建工程造价。