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摘要:本文通过对现有研究资料的分析研究,探讨采用非挤密法(插筋法)处理湿陷性黄土地基的可能性。...

非挤密法处理湿陷性黄土地基的探讨

张显飞 朱武卫

(陕西省建筑科学研究院 710082 西安)

1、前言

黄土在我国的分布大约在64km2,其中湿陷性黄土约占其中60%左右,主要分布在黄河中游地区。目前,处理黄土湿陷性常用的方法有强夯、置换、挤密等。由于挤密桩法处理湿陷性黄土地基其经济实用性及处理效果好(能够同时提高承载力、减小沉降量、消除湿陷性),是目前最有效的处理方法。上述方法均采用对地基土挤密的方法,进而达到消除地基土湿陷性的目的。

2、国内现状

在陕西渭北,甘肃,宁夏等地,由于这些地区均属气候干旱区域,建筑场地地基土含水率较低,这在进行消除地基湿陷性处理时,由于黄土结构强度较大,现今普遍采用的处理方法均难以达到消除湿陷的目的,或者技术经济上很不合理,对在该地区的建筑设计、施工等均造成了很大困扰。

鉴于此,根据多年来的工程实践,结合当地施工经验及黄土特征,部分湿陷性黄土地区均总结了适合于自身特点的一些规律,并由此形成了不同的区域性的法规、规程或意见稿等形式的对湿陷性黄土处理的有别于《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)的地方性处理方式,如:

①陕西省结合本地工程经验及相关科研成果,于2006年发布并实施了《挤密桩法处理地基基础规程》,针对陕西省境内普遍采用的挤密桩法处理湿陷性黄土地基的情况,提出了较为宽松的湿陷性消除标准,即以处理后桩间土的平均挤密系数作为地基土湿陷性是否消除的判定依据,摒弃了一定要所有场地土样湿陷性消除的标准,明确了地基土湿陷性是否消除与场地内所有地方土均无湿陷性不是对等关系。该规程自实施以来,工程应用情况良好,未出现不良工程案例。

②甘肃省在《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)发布以后,由于在执行乙类、丙类建筑地基处理时的剩余湿陷量规定时,有的工程依靠国内外现有的常规工程手段,很难满足规范条文所规定的剩余湿陷量限值要求,若严格执行规范规定,则工程的技术经济性非常不合理。为此,形成了相应的处理《说明》,甘肃省据此形成了《甘肃省大厚度湿陷性黄土场地工程处理措施暂行规定》。《暂行规定》对乙级、丙级建筑地基处理当受水浸湿的可能性较小时的剩余湿陷量进行了适当放宽。

3、非挤密法处理湿陷性黄土地基的探讨

挤密桩复合地基作为复合地基的一种类型,其作用一方面是消除地基土的湿陷性;另一方面是提高地基土的承载能力,其方法是当复合地基受荷载时,桩与土的变形模量不一致,使得变形模量较小的土的部分荷载转移至变形模量较大的桩上,在其达到平衡点时,两者变形一致共同作用,因此,桩间土的实际荷载小于基底平均压力。

对于非自重湿陷性黄土,其发生湿陷是有条件的,即其上覆压力大于湿陷起始压力。据此,在既定桩径条件下,某一桩距的复合地基在上部荷载作用下,考虑到桩间土浸水软化以后强度变化,经荷载转移后,桩间土承受的实际压力小于湿陷起始压力时,理论上讲即便地基浸水,地基土也不会湿陷,建筑物依然是安全的;如果当桩间土分担的压力大于湿陷起始压力,则与基础接触面以下部分土将发生湿陷变形,桩间土承载能力下降或消失,上部荷载进一步转移至桩体上,如此,下部湿陷性土层由于上覆压力不再增加而不会发生湿陷(这与《湿陷性黄土地区建筑规范》规定的非自重湿陷性黄土桩侧阻力计算方法一致)。而当桩身材料不同(主要指强度不同)时,由于和桩间土的强度差异不同,其受荷后荷载转移的量亦不相同,因此不同材料的桩形成的复合地基在满足地基土不湿陷(即地基土分担的压力小于湿陷起始压力)条件下,其临界桩距将不同。

现有的研究资料亦证明了上述分析:挤密桩复合地基在刚性矩形基础在均布荷载作用下,素土桩上的接触应力与桩间挤密土上的应力并无明显的变化,同一部位的桩土应力比,部分夯填质量较高的土桩,桩土应力比也仅达到1.6 1.8;而灰土桩具有一定的胶凝强度,其变形模量超过桩间土10倍左右,因而在基底下灰土桩面上的应力高于桩间土近十倍,桩体承担着近一半荷载。已有研究资料表明,当刚性压板上的均布压力为150kKPa时,灰土桩上的应力已超过600KPa,而桩间土的应力为(50100KPa,两者的应力分担,浸水后应力比值进一步增大。计算分析表明,仅占基底面积约20%的灰土桩,承担着总荷载的50%左右;其余则由占80%面积的桩间土分担,从而使桩间土上的压力可降低33%67%。在基底下一定深度内,由于灰土桩具有分担荷载和明显降低土中应力的作用,使持力层内地基土的压缩变形和湿陷变形量显著降低或消失。陕西张桥浸水载荷试验证明,在桩间土未能完全消除陷性的情况下,土桩挤密地基的浸水陷量仍超过了200mm,而灰土桩挤密地基在同一条件下的湿陷量则基本消除,下表所列为同类场地通过基底应力测试结果求得的灰土桩与素土桩挤密地基的桩土应力比与荷载分担百分率。由于灰土具有一定的胶凝强度和较高的变形模量,故灰土挤密地基浸水前后的桩土应力比高达6.615.6,桩体分担荷载率39.2%61.8%,即灰土桩体承担一半左右的荷载,从而对桩间土具有卸荷减压作用;而素土桩挤密地基的桩土应力比仅为1.32.4,其桩体分担荷载率12.4%28.9%,近于或略高于其面积置换率。

灰土桩与素土桩挤密地基桩土应力比及桩体分担荷载百分率

由上述资料可以推断,当置换桩更换为强度更大的水泥土桩或素混凝土桩后,在上部荷载作用下,桩土应力比与素土、灰土桩相比将进一步增大,进而使桩间土的荷载分担比进一步降低,也使得在非自重湿陷性黄土场地采用非挤密法处理的可能性提高。

4、结语

传统的挤密法在处理含水率较低或大厚度湿陷性黄土场地时,施工困难且难以达到预期效果。本文通过对已有研究资料的分析比较,并通过理论分析,探讨了在非自重湿陷性黄土场地采用采用非挤密法处理的可能性,若通过试验验证后,将为解决上述问题开辟一条新的设计方法,对湿陷性黄土地区地基处理具有重要意义。

参考文献

杨鸿贵、《地基处理的设计与应用》,2008(10)

龚晓楠、《地基处理手册》(第三版),2008

(本文来源:陕西省土木建筑学会 文径网络:刘军 吕琳琳 编辑 刘真 文径 审核)

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