呂永平  趙卿  劉興榮  劉翠

（甘肅土木工程科學(xué)研究院）

APPLICATION OF GRAIN SOIL COMPACTION PILE ON FOUNDATION TREATMENT IN AN ALUMINUM CASTING WORKSHOP

Lv Yong-ping   Zhao Qing   Liu Xing-rong  Liu Cui

    【Abstract】Through an engineering example on foundation treatment in an aluminum factory，introduces the application of grain soil compaction pile in self-weight collapsible soil, eliminates the collapsible loess，while improving the bearing capacity of foundation soil, Saving investment, Creating a good economic and social benefits.

    【Key words】self-weight collapsible loess ；compaction；Grain soil

 

    某鋁廠熔鑄車間場(chǎng)地位于蘭州市永登縣建設(shè)坪。該熔鑄車間為單層廠房，輕鋼結(jié)構(gòu)，廠房?jī)?nèi)布設(shè)鑄造設(shè)備。該建筑場(chǎng)地長(zhǎng)348米，寬99.9米。地基土由雜填土、濕陷性黃土和卵石層構(gòu)成。由于該場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為III（嚴(yán)重）～I(xiàn)V級(jí)（很嚴(yán)重），濕陷性強(qiáng)烈，若受水浸濕，承載力將會(huì)大幅度降低，產(chǎn)生不均勻沉降而影響建（構(gòu)）筑物的安全使用。因此，設(shè)計(jì)采用素土擠密樁處理設(shè)備基礎(chǔ)及其它建（構(gòu)）筑物下的濕陷性土層。

 

    擬建場(chǎng)地位于甘青交界的永登縣建設(shè)坪。在地貌上屬山澗河谷地貌，其地貌類型為河流堆積和山麓斜坡堆積地形。該場(chǎng)地屬大通河右岸Ⅲ級(jí)階地后緣，地面標(biāo)高變化不大。

 

    該場(chǎng)地地層自上而下依次為：

 

    第（1）層：雜填土(Q₄^al)，層厚0.20～1.00米，灰黃色，稍濕。含植物根系。第（2）層：黃土狀粉土(Q₄^al)，層厚19.10～26.70米，淺黃色，可塑～硬塑，稍密，低～中等壓縮性。第（3）層：卵石(Q₄)，層厚2.10～6.20米，青灰色，稍密，稍濕。卵石顆粒級(jí)配均勻，粒徑在2～12cm之間，偶見漂石。第（4）層：泥巖(N)，揭露層厚5.00～5.60米，強(qiáng)風(fēng)化，棕紅色，中密。

 

    場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷性黃土層厚度為12.20～18.20m，濕陷等級(jí)III（嚴(yán)重）～I(xiàn)V級(jí)（很嚴(yán)重）。在鉆探深度范圍內(nèi)未見地下水，黃土狀粉土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

 

黃土狀粉土層巖土物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表        表1  

名稱	最大	最小	平均數(shù)	標(biāo)準(zhǔn)差	修正系數(shù)	標(biāo)準(zhǔn)值
天然含水率w%	33.5	6.9	15.78	3.88	1.025	16.169
重度(g/cm3)	19.0	13.1	15.86	1.089	0.993	15.75
濕密度ρ(g/cm3)	1.90	1.31	1.586	0.109	0.993	1.57
比重GS	2.70	2.70	2.70	0.00	1.00	2.70
天然孔隙比e	1.393	0.730	0.979	0.104	1.011	0.988
飽和度%	90.41	17.68	44.36	13.08	1.03	45.7
液限WL( %)	29.0	17.8	26.08	0.963	0.996	25.98
塑限WP51(%)	26.9	16.5	17.64	0.735	0.996	17.57
塑性指數(shù)IP(%)	10.8	0.10	8.44	0.879	1.011	8.532
壓縮系數(shù)α	1.86	0.06	0.264	0.221	1.085	0.287
壓縮摸量ES(Mpa)	39.9	1.3	11.16	5.88	0.94	10.49
濕陷系數(shù)δs	0.125	0.000	0.041	0.025	1.088	0.044
自重濕陷系數(shù)δzs	0.129	0.001	0.020	0.020	0.899	0.018

    根據(jù)該場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，場(chǎng)地具有強(qiáng)烈的自重濕陷性，且卵石層埋深較大，經(jīng)多種方案比較，考慮到設(shè)備及其它建筑物的等級(jí)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定采用淺基礎(chǔ)，但地基處理采用整片素土擠密樁處理。

 

    按相關(guān)規(guī)范要求，下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm，經(jīng)計(jì)算土擠密樁處理深度為12m，樁間距的確定按樁距系數(shù)a=2.5時(shí)，樁間距L=1.0m，經(jīng)試驗(yàn)樁間土平均擠密系數(shù)小于0.90,樁間土濕陷性未能消除，因此將樁間距調(diào)整到0.9m，實(shí)測(cè)后樁間土平均擠密系數(shù)大于0.90,可達(dá)到全部消除處理范圍內(nèi)濕陷性的要求。正式施工時(shí)按正三角形布樁，樁距L=0.9m，排距S=0.78m。設(shè)計(jì)要求樁身土平均壓實(shí)系數(shù)λ_c≥0.96，樁間土平均擠密系數(shù)η_c≥0.90，最小擠密系數(shù)不小于0.84。要求地基承載力特征值f_ak≥180kPa。整個(gè)場(chǎng)地分十三個(gè)區(qū)，共施工擠密樁數(shù)為53890根。

 

    該項(xiàng)目熔鑄車間地基處理采用素土擠密樁，成孔機(jī)械采用履帶式打樁機(jī)，DZ-3型導(dǎo)桿式2.5t柴油錘，工具樁選用壁厚10mm的無(wú)縫鋼管焊接而成，直徑為400mm，樁尖為30°椎角；夯實(shí)機(jī)采用卷?yè)P(yáng)式夯實(shí)機(jī)，夯錘一般規(guī)定對(duì)于擠密樁采用重量300kg，落距為2.5m，本工程為了達(dá)到更好的效果，夯錘采用重量1.5噸，人工用鐵锨填料。成孔、成樁由外向里分四遍進(jìn)行。

 

    1、擊實(shí)試驗(yàn)

   根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，樁間原狀土的最大干密度為1.73g/cm³，最優(yōu)含水量為14.6%。

 

    2、密實(shí)度試驗(yàn)

    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣及原狀土樣室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)素土擠密樁樁身土壓實(shí)系數(shù)和樁間土的擠密系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，樁身土壓實(shí)系數(shù)為λc；樁間土擠密系數(shù)為ηc。見表2。

 

密實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表     表2

土類別	指標(biāo) 統(tǒng)計(jì)	λc≥0.96	0.93≤λc＜0.96	λc＜0.88	ηc≥0.90	0.88≤ηc＜0.90	0.84≤ηc＜0.88
	數(shù)量	百分率	百分率	百分率	百分率	百分率	百分率
樁間土	480	-	-	-	93.4	4.6	1.0
樁身土	1470	84.3	14.3	1.4	-	-	-

 

         擠密后黃土狀粉土層物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表       表3

名稱	天然含水率w%	濕密度ρ(g/cm3)	干密度ρ(g/cm3)	天然孔隙比e	壓縮 系數(shù)α	壓縮 摸量ES(Mpa)	濕陷系數(shù)δs	擠密  系數(shù)
頻數(shù)	480	480	480	480	480	480	480	480
最大值	20.2	2.30	1.97	0.826	0.90	57.2	0.014	1.00
最小值	7.3	1.60	1.49	0.369	0.03	1.8	0.000	0.86
平均值	14.9	1.90	1.64	0.617	0.08	22.2	0.005	0.95

    結(jié)果表明，擠密后土的干密度平均值提高0.28g/cm³左右；天然狀態(tài)孔隙比由原來(lái)的0.979減小為0.617；天然狀態(tài)下的土為中壓縮，壓縮模量平均值為11MPa，擠密后壓縮性顯著增高，壓縮模量平均值為22 MPa，比擠密前提高了一倍。

 

    3、濕陷性試驗(yàn)

    根據(jù)原狀土試驗(yàn)結(jié)果，素土擠密樁地基土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)結(jié)果見表3，同時(shí)可以看出，濕陷系數(shù)原天然土為δs=0.000～ 0.125，δzs=0.001～0.129；擠密后，地基土在處理深度范圍濕陷系數(shù)均小于0.015，濕陷性已全部消除。

 

    4、承載力試驗(yàn)

    現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)采用圓形φ1.05m的壓板，加荷等級(jí)分為8級(jí)，每加一級(jí)荷載P，在加荷前后應(yīng)各讀記壓板沉降S一次，加荷及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007—2002中淺層平板載荷試驗(yàn)要點(diǎn)及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79—2002中復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)之規(guī)定。復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)共進(jìn)行了63組。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)部分結(jié)果見表4。通過(guò)對(duì)p~s曲線的綜合分析，復(fù)合地基變形模量大于20 MPa，素土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值大于180kPa。

復(fù)合地基承載力特征值及變形模量        表4

試驗(yàn)點(diǎn)號(hào)	承載力特征值fak（kPa）	變形模量 E0（MPa）	試驗(yàn)點(diǎn)號(hào)	承載力特征值fak（kPa）	變形模量 E0（MPa）
1#	225	24.92	8#	180	22.47
2#	180	23.15	9#	225	25.56
3#	180	22.39	10#	180	27.48
4#	225	24.91	11#	225	21.77
5#	225	20.00	12#	225	24.83
6#	225	25.52	13#	180	25.36
7#	225	25.36

    1、在自重濕陷性黃土場(chǎng)地進(jìn)行建設(shè)時(shí)，采用素土擠密樁消除地基土濕陷性是可行的，同時(shí)提高了地基土的承載力和變形模量。

 

    2、采用素土擠密樁處理自重濕陷性黃土場(chǎng)地時(shí)，在土天然含水量合適的情況下，合適的樁間距是完全消除黃土濕陷性的關(guān)鍵。通過(guò)計(jì)算預(yù)估樁間距，再通過(guò)前期試驗(yàn)測(cè)試是確定樁間距的可靠方法，必要時(shí)可對(duì)施工參數(shù)和施工要求進(jìn)行調(diào)整。

 

    3、通過(guò)本工程和其它同類工程試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果比較，當(dāng)樁間距和土天然含水量合適時(shí)，樁間土擠密系數(shù)和濕陷性都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；但樁身土密實(shí)度受人為因素影響較大，包括填料含水量、分層填料厚度、人工夯擊次數(shù)等，往往不能完全達(dá)到要求。因此，本工程填料夯實(shí)采用重量1.5噸夯錘，增大了夯擊能量，實(shí)踐證明，效果良好。

 

    4、該建筑物建成使用至今已經(jīng)3年，沉降觀測(cè)表明，建筑物已處于穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明本工程采用素土擠密樁處理方案是成功的。

 

  〔1〕《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社

  〔2〕《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社

  〔3〕《地基處理手冊(cè)》.龔曉楠主編.中國(guó)建筑工業(yè)出版社

  〔4〕《濕陷性黃土研究與工程》論文集.羅宇生，汪國(guó)烈主編.中國(guó)建筑工業(yè)出版社