濕陷性黃土場地上及樁基礎(chǔ)

1、.濕陷性黃土場地上的樁基礎(chǔ) 摘要：隨著高層建筑和大型工業(yè)建筑的發(fā)展，有些淺埋基礎(chǔ)與地基的承載力往往不能滿足設(shè)計(jì)要求，因而自20世紀(jì)90年代以來，在濕陷性黃土地區(qū)采用灌注樁和預(yù)制樁基礎(chǔ)的工程日益增多。 ：樁基礎(chǔ) 眾所周知，樁基礎(chǔ)是將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土(或巖)層，采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁，在成孔過程中將土排除孔外，樁孔周圍土的性質(zhì)并無改善。試驗(yàn)研究資料表明，設(shè)置在濕陷性黃土場地上的樁基礎(chǔ)，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)摩擦力大幅度減小，甚至消失，當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，樁側(cè)的正摩擦力迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)摩擦力。因此，在濕陷性黃土場地上，不允許采用摩擦型樁，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿足要求外

2、，還應(yīng)根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁(包括端承樁和摩擦端承樁)，其樁底端以下的持力層：在非自重濕陷性黃土場地，必須是壓縮性較低的非濕陷性黃土(巖)層；在自重濕陷性黃土場地，必須是低壓縮性的非濕性土黃(巖)層。這樣，當(dāng)樁周的土受水浸濕，樁側(cè)的正摩擦力轉(zhuǎn)化為負(fù)摩擦力時(shí)，便可由樁底的下部非濕陷黃土(巖)層所承受，同時(shí)樁基地基也不致因浸水引起濕陷，以保證建筑物的安全與正常使用。1灌注樁和預(yù)制樁的應(yīng)用 灌注樁和預(yù)制樁作為端承型樁，在濕陷性黃土地區(qū)都獲得廣泛應(yīng)用，但二者的成型工藝各有特點(diǎn)，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)場地工程地質(zhì)條件確定。 灌注樁有擴(kuò)底和不擴(kuò)底的灌注樁兩種。樁孔直徑一般為6080cm

3、，底端擴(kuò)大頭直徑一般為90120cm，最大直徑達(dá)180em，入土深度一般為1025m，最大人土深度達(dá)30m以上。二者可采用人工挖孔，也可采用鉆機(jī)或其它設(shè)備成孔。 為了提高樁基的承載力，充分發(fā)揮和利用樁底端下部土(巖)層的潛力，通常采用擴(kuò)底灌注樁。19661968年在陜西、甘肅等省的建筑物中，廣泛采用爆擴(kuò)灌注樁，此種樁型也屬于擴(kuò)底灌注樁。 樁孔直徑為80一lOOcm的不擴(kuò)底灌注樁，在工程實(shí)踐中通常稱為井樁。20世紀(jì)6070年代，蘭州連城鋁廠、蘭州279廠等建成投產(chǎn)后，有些車間地基受水浸濕發(fā)生嚴(yán)重濕陷事故，影響安全使用，采用井樁(直徑為80cm，樁底端支承在卵石層，人土深度為2832m)對原有基礎(chǔ)

4、進(jìn)行托換后，使瀕臨報(bào)廢的若干車間得以恢復(fù)生產(chǎn)，給國家挽回了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 采用樁基礎(chǔ)成功的實(shí)例盡管很多，但也有由于設(shè)計(jì)、施工不周而出事故的工程。例如：蘭州劉家峽化肥廠的造粒塔，建在級自重濕陷性黃土場地上，采用爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)，該場地的濕陷性黃土層厚度為16m，爆擴(kuò)樁底端設(shè)置在地面下8m，試產(chǎn)結(jié)束后，由于未將水引入排水系統(tǒng)，而是直接流人地面及該塔地基，導(dǎo)致該塔沉降不均，產(chǎn)生嚴(yán)重傾斜，后來采取措施重新加深爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)，將其穿透濕陷性黃土層，支承在可靠的卵石層上，沉降的發(fā)展才得以制止，推后正式投產(chǎn)近3年。又如，蘭州連城鋁廠的電解車間，也是建在級自重濕陷性黃土場地上，濕陷性黃土層厚度近30m，爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)的埋

5、深為12m，在使用期間，地基次受水浸濕引起嚴(yán)重濕陷，并多次加固地基和上部結(jié)構(gòu)，效果不佳，最后采用井樁對原有基礎(chǔ)進(jìn)行托換，使井樁底端支承在卵石層上，吊車梁的柱基沉降才得以穩(wěn)定。 從上述工程事故實(shí)例不難看出，采用樁基礎(chǔ)不穿透濕陷性黃土層，只要樁底端下部土層受水浸濕，濕陷事故是不可避免的。 預(yù)制樁是施工前在砼預(yù)制廠(或工地)按設(shè)計(jì)圖將樁提前預(yù)制好，養(yǎng)護(hù)期滿后將其運(yùn)至施工現(xiàn)場，一般使用方樁，其邊長多為35cm×35cm。45cm×45em，人土深度為1530m，并可將其分為打人式預(yù)制樁和靜力壓入式預(yù)制樁兩種。前者一般采用錘重為1.82.5t的打樁設(shè)備將樁送入土中設(shè)計(jì)深度，后者是采用

6、160t一400t的全液壓壓樁設(shè)備將樁送入土中設(shè)計(jì)深度，在打樁或壓樁過程中將土擠向周圍，使其周圍一定范圍內(nèi)土的性質(zhì)獲得擠密及改善。但由于灌注樁和預(yù)制樁的成型及施工工藝不同，它們的摩擦力和端承力等都有差異。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)場地土的性質(zhì)和工程要求對樁型進(jìn)行合理的選擇。2樁的摩擦力和端承力 自20世紀(jì)70年代以來，我國在濕陷性黃土地區(qū)先后采用懸吊法和在樁體內(nèi)埋設(shè)滑動(dòng)測微計(jì)等方法，對端承型樁的摩擦力和端承力進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，試測結(jié)果表明，樁周的濕陷性黃土受水浸濕以前，樁頂上的荷載由樁側(cè)的正摩擦力和樁底端土的反力共同所承受，樁周土受水浸濕以后，在自重濕陷性黃土場地，樁側(cè)的正摩擦力顯著降低，甚至消失，樁

7、頂上的大部或全部荷載由樁身傳給樁底端的持力層所承受。故單樁的側(cè)摩擦力和端承力均應(yīng)按飽和狀態(tài)下的土性指標(biāo)確定，飽和狀態(tài)下的液性指數(shù)可按下式計(jì)算：I= - WW - W (1)式中I土的液性指數(shù)； S土的飽和度，可取O85： e土的天然孔隙比； d土粒的相對密度； W土的液限含水量()； Wp土的塑限含水量()。 在自重濕陷性黃土場地，當(dāng)樁周土層受水浸濕產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，其相對位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁的下沉量，因而沿樁身側(cè)面產(chǎn)生向下作用的負(fù)摩擦力，此負(fù)摩擦力相當(dāng)于給樁施加一個(gè)向下的附加荷載(簡稱下拉荷載)，并與樁頂上的荷載全部由樁身傳給樁底端的持力層所承受。確定單樁承載力時(shí)，除不計(jì)算濕陷性土層范圍內(nèi)樁側(cè)的正摩

8、擦力外，并應(yīng)扣除樁側(cè)的負(fù)摩擦力。 樁身鋼筋砼的壓縮變形很小。通常忽略不計(jì)，建(構(gòu))筑物在使用過程中，樁側(cè)之所以產(chǎn)生負(fù)摩擦力，主要是由于防水措施失效，管道長期漏水或地面經(jīng)常積水等原因，致使樁周土體由淺至深受水浸濕引起自重濕陷，此外，采用樁基的自重濕陷性黃土場地，大面積地下水位上升亦能導(dǎo)致樁側(cè)產(chǎn)生負(fù)摩擦力。 據(jù)測試結(jié)果，在濕陷性黃土層厚度、總濕陷量、自重濕陷量均較大的自重濕陷性黃土場地，不論預(yù)制樁或挖、鉆孔灌注樁，當(dāng)樁周土層充分浸水時(shí)，樁側(cè)平均負(fù)摩擦力可達(dá)1620kPa，甚至更大，具體數(shù)值見表1。樁側(cè)平均負(fù)磨擦力(kpa) 表l自重濕陷量(cm)挖、鉆孔灌注樁 預(yù)制樁 720 10 15 >

9、20 15 20 3.樁側(cè)負(fù)摩擦力的計(jì)算深度 目前國內(nèi)外，一般以樁身的中性點(diǎn)作為計(jì)算樁側(cè)負(fù)摩擦力深度的下部界限，而樁身的中性點(diǎn)取決于樁和樁周土層的相對位移均相同的位置。 當(dāng)樁的下沉量小于樁周土層的下沉量時(shí)，樁周土對樁側(cè)往往產(chǎn)生向下作用的負(fù)摩擦力，反之，樁周土對樁側(cè)產(chǎn)生向上的正摩擦力。一般認(rèn)為，樁的承臺(tái)底面以下，樁身的中性點(diǎn)以上，樁周土層的下沉量大于樁的下沉量，樁側(cè)的摩擦力為負(fù)值，樁身的中性點(diǎn)以下，樁底端以上，樁周土層的下沉量小于樁的下沉量，樁側(cè)的摩擦力為正值，在負(fù)摩擦力過渡為正摩擦力的相交處，樁與樁周土層的下沉量相等，且摩擦力為零，在工程實(shí)踐中通常稱此點(diǎn)為中性點(diǎn)，見圖1。圖1 樁周正、負(fù)摩擦力和中性點(diǎn)隨土層浸水深度的變化 由上述可見，樁身的中性點(diǎn)位置取決于樁和樁周土層的相對位移，并與土的濕陷性質(zhì)、浸水時(shí)間、浸人土層中的水量和浸濕范圍等因素有關(guān)，只有當(dāng)樁周的濕陷性黃土層充分浸水引起的下沉量完全穩(wěn)定后，樁身的中性點(diǎn)位置方可固定不動(dòng)。 當(dāng)樁底端支承在巖石或砂卵石層上時(shí)，樁基的下沉量一般很小，主要是樁周土層自重濕陷引起的下沉量，樁身側(cè)面幾乎都是負(fù)摩擦力，在此種情況下，可將巖石或砂卵石層頂面作為