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岩土研究院

石灰桩加固多层建筑下上覆杂填土的饱和软土地基

349 2022-05-26 16:20:49

(一)工程和地质概况

浙江省机电公司供应站大楼位于杭州市武林门西北,为六层的砖混结构,其中一、二层分别为商场和办公用房,采用框架结构,三~六层为家属宿舍,采用砖墙承重。


建筑场地地表为 3.0m 左右厚的杂填土层,含 30%~40%的碎石,并夹有铁屑、煤渣等工业垃圾;其下分别为2.2m 厚的素填土和淤填土、1.2m 厚的粉质粘土和深达28.4m 的

淤泥质粘性土层。地下水位在地表下 3m左右。各土层的物理力学性能指标见表 8-28和图8-17。


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(二)地基加固方案

机电公司供应站大楼原设计采用箱形基酬、天然地基方案,但因基础费用过高,施工周期较长,而考虑对地基进行加固后采用筏基或条形基础方案。由于待建场地表层为地下水位以上的杂填土,土层中含有大量的碎石、铁屑、振动后有可能使粗颗粒挤密而互相接触,形成骨架,提高土层的承载力,而生石灰经消化,硬凝等一系列物理化学反应后又能形成刚度和强度较大的桩体,对软弱土层起到置换加固的作用,因此,决定改用振动沉管管内灌注石灰桩加固处理软弱地层,尔后采用钢筋混凝土条形或筏式基础。


为了了解生石灰桩加固地基的效果,先在待建场地旁开辟了一片试验区进行原位试验,试验区杂填土层比待建场地薄1m左右。石灰桩采用DZ-20Y型振动打桩机打设,钢套管直径为325mm,石灰桩呈正方形布置,桩距1.2m,桩长5.5m。施工顺序见图 8-18


成桩后 28天,按照《工业与民用建筑工程地质勘察规范》(TJ21一77)的有关规定,对复合地基进行了静载试验。试验板底距地表1.1m,载荷板尺寸为 2m×2m。复合地基承载力基本值取载荷板沉降值的 0.02b(b为载荷板当量直径)所对应的荷载。图8-19为4桩复合地基载荷试验 p-s曲线和同一深度处天然地基的 p-s曲线。


静载试验表明,复合地基较天然地基承载力有大幅度提高,其中灰土石灰组合桩复合地基的承载力为天然地基的314%,石灰桩复合地基的承载力为天然地基的414%,由天然地基的 87kPa分别提高到 273kPa 和 360kPa,相当于中密状态角砾,完全能满足在天然地基上多层建筑条形基础方案,采用振动沉管管内灌注石灰桩加固本杂填土地基是可行的,具


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有了良好的加固效果。


根据加固前后场地土性能指标的变化情况(见图 8-18),在石灰桩加固范围内,由于石灰桩的吸水胀发,主体的含水量有所下降,并随深度的增加降低量呈减少的趋势,在石灰桩未加固区。含水量基本维持不变。反映出石灰桩的吸水涨发量具有随桩周围压增大而下降的趋势。桩周土的含水量,素填土平均下降 6.7%、粉质粘土平均下降4.2%,表明石灰桩吸水涨发的加固作用是有限的,饱和桩间土承载力不可能大幅提高,饱和软土中石灰桩加固的主要机理是置换作用。


现场石灰桩单桩静载试验曲线表明,石灰桩极限承载力达250kPa,单桩承载力基本值可达 1508kPa,相应的沉降小于10mm。

现场单桩试验进一步表明,本场地石灰桩桩体的承载力和刚度远比桩间土的大。荷载作用下,基底桩体和桩间土为保持变形协调,应力必然向桩体集中,使强度较大的石灰桩承担较大比例的荷载,相应减小桩间土的荷载,从而有效提高复合土体的承载力,这是石灰桩复合地基能大幅提高软土地基承载力的主要因素。


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通过上述大量现场试验,表明本场地上采用石灰桩加固后,表层杂填土层能够满足六层供应站大楼条形基础基底荷载的承载要求,可有效减少地基处理和基础建造的总费用,经试验确定采用石灰桩复合地基,条形基础方案。


(三)供电公司供应站西楼地基的处理

根据现场试桩结果,机电公司供应站西楼地基石灰桩加固方案为满堂布桩,呈正方形布设,桩间距1.2m,桩径325mm,桩长5.5m,布桩时,保证沿条形基础轴线下设置石灰桩并在建筑物外缘增设1排围护桩,供应站西楼实际布桩 363 根,详见图 8-21。


为了防止施工中地表水浸入刚打好的桩体和桩心软化,施工时每米填灰量控制在110kg左右,并在桩顶注意做为 50~80cm的粘土塞。施工采用一台 DZ-20Y 型振动打桩机,实际石灰桩复合地基施工时间仅14天即告完工。


自钢筋混凝土条形基础浇筑起自建筑物整体竣工,进行的连续沉降观测表明,大楼平均沉降量为5cm,最大差异沉降为 1.4cm,满足规范沉降控制要求,建筑物使用情况良好。

成桩后10个月,经对现场石灰桩开挖检验显示,桩体能够直立,桩身密实均匀、坚实,冲击钻探困难,桩体外观直径平均达 40cm。开挖表明,采取每米填灰量 110kg 的控制指标,能有效防止桩体软心的出现,保证桩身的施工质量。


(四)经济比较

与地质状况基本相同,采用箱形基础天然地基方案的机电公司供应站东楼相比、西楼每平方米基础建设费用节约17.62 元,并节约了大量的三材,显示出良好的经济效益。在含有粗颗粒骨料的杂填土地基中,采用振动沉管石灰桩加固,能大幅度提高地基的承载力,降低基础的建设成本。