呂永平  趙卿  劉興榮  劉翠

（甘肅土木工程科學研究院）

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

 

    某鋁廠熔鑄車間場地位于蘭州市永登縣建設坪。該熔鑄車間為單層廠房，輕鋼結構，廠房內布設鑄造設備。該建筑場地長348米，寬99.9米。地基土由雜填土、濕陷性黃土和卵石層構成。由于該場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為III（嚴重）～IV級（很嚴重），濕陷性強烈，若受水浸濕，承載力將會大幅度降低，產生不均勻沉降而影響建（構）筑物的安全使用。因此，設計采用素土擠密樁處理設備基礎及其它建（構）筑物下的濕陷性土層。

 

    擬建場地位于甘青交界的永登縣建設坪。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。該場地屬大通河右岸Ⅲ級階地后緣，地面標高變化不大。

 

    該場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，強風化，棕紅色，中密。

 

    場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷性黃土層厚度為12.20～18.20m，濕陷等級III（嚴重）～IV級（很嚴重）。在鉆探深度范圍內未見地下水，黃土狀粉土的物理力學性質指標見表1。

 

黃土狀粉土層巖土物理力學性質統計表        表1  

名稱	最大	最小	平均數	標準差	修正系數	標準值
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IP(%)	10.8	0.10	8.44	0.879	1.011	8.532
壓縮系數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δs	0.125	0.000	0.041	0.025	1.088	0.044
自重濕陷系數δzs	0.129	0.001	0.020	0.020	0.899	0.018

    根據該場地工程地質條件，場地具有強烈的自重濕陷性，且卵石層埋深較大，經多種方案比較，考慮到設備及其它建筑物的等級和結構特點，決定采用淺基礎，但地基處理采用整片素土擠密樁處理。

 

    按相關規范要求，下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于200mm，經計算土擠密樁處理深度為12m，樁間距的確定按樁距系數a=2.5時，樁間距L=1.0m，經試驗樁間土平均擠密系數小于0.90,樁間土濕陷性未能消除，因此將樁間距調整到0.9m，實測后樁間土平均擠密系數大于0.90,可達到全部消除處理范圍內濕陷性的要求。正式施工時按正三角形布樁，樁距L=0.9m，排距S=0.78m。設計要求樁身土平均壓實系數λ_c≥0.96，樁間土平均擠密系數η_c≥0.90，最小擠密系數不小于0.84。要求地基承載力特征值f_ak≥180kPa。整個場地分十三個區，共施工擠密樁數為53890根。

 

    該項目熔鑄車間地基處理采用素土擠密樁，成孔機械采用履帶式打樁機，DZ-3型導桿式2.5t柴油錘，工具樁選用壁厚10mm的無縫鋼管焊接而成，直徑為400mm，樁尖為30°椎角；夯實機采用卷揚式夯實機，夯錘一般規定對于擠密樁采用重量300kg，落距為2.5m，本工程為了達到更好的效果，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行。

 

    1、擊實試驗

   根據室內試驗結果，樁間原狀土的最大干密度為1.73g/cm³，最優含水量為14.6%。

 

    2、密實度試驗

    根據現場取樣及原狀土樣室內試驗結果，對素土擠密樁樁身土壓實系數和樁間土的擠密系數進行評價，樁身土壓實系數為λc；樁間土擠密系數為ηc。見表2。

 

密實度試驗結果統計表     表2

土類別	指標 統計	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性質統計表       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α	壓縮 摸量ES(Mpa)	濕陷系數δs	擠密  系數
頻數	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；天然狀態孔隙比由原來的0.979減小為0.617；天然狀態下的土為中壓縮，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

    根據原狀土試驗結果，素土擠密樁地基土主要物理力學性質指標結果見表3，同時可以看出，濕陷系數原天然土為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均小于0.015，濕陷性已全部消除。

 

    4、承載力試驗

    現場載荷試驗采用圓形φ1.05m的壓板，加荷等級分為8級，每加一級荷載P，在加荷前后應各讀記壓板沉降S一次，加荷及穩定標準執行《建筑地基基礎設計規范》GB50007—2002中淺層平板載荷試驗要點及《建筑地基處理技術規范》JGJ79—2002中復合地基載荷試驗要點之規定。復合地基靜載荷試驗共進行了63組。根據現場載荷試驗部分結果見表4。通過對p~s曲線的綜合分析，復合地基變形模量大于20 MPa，素土擠密樁復合地基承載力特征值大于180kPa。

復合地基承載力特征值及變形模量        表4

試驗點號	承載力特征值fak（kPa）	變形模量 E0（MPa）	試驗點號	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地進行建設時，采用素土擠密樁消除地基土濕陷性是可行的，同時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地時，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鍵。通過計算預估樁間距，再通過前期試驗測試是確定樁間距的可靠方法，必要時可對施工參數和施工要求進行調整。

 

    3、通過本工程和其它同類工程試驗檢測結果比較，當樁間距和土天然含水量合適時，樁間土擠密系數和濕陷性都能達到設計要求；但樁身土密實度受人為因素影響較大，包括填料含水量、分層填料厚度、人工夯擊次數等，往往不能完全達到要求。因此，本工程填料夯實采用重量1.5噸夯錘，增大了夯擊能量，實踐證明，效果良好。

 

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

 

  〔1〕《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）.中國建筑工業出版社

  〔2〕《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）.中國建筑工業出版社

  〔3〕《地基處理手冊》.龔曉楠主編.中國建筑工業出版社

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