灰土挤密桩和夯实水泥土桩的设计比较

灰土挤密桩和夯实水泥土桩的设计比较
提要：灰土挤密桩和夯实水泥土桩都是天然地基处理的方法，都能够有效的提高地基承载力，但夯实水泥土桩比灰土桩处理承载力更高。

当建筑物基础压力较高时可采用夯实水泥土桩。

关键词：复合地基承载力夯实水泥土桩灰土挤密桩设计施工
一、工程概况：
某场地拟建一儿童福利院，12层，建筑面积16065.27 M2，高度39.75M，有一层地下室，采用框架结构。

拟建场地貌单元属于洛河П级阶地，地形平坦。

除表层为填土外，分布的地基土主要为冲，洪积作用形成的黄土状粉质粘土，等，场地稳定，适宜建筑。

二、基础选型
拟建建筑物最大单柱荷载6000KN，若本建筑物直接采用天然地基上的片筏基础，估计其基地压力为250 kPa，则其筏板将坐在第三层黄土状粉质粘土上，其承载力140 kPa不满足要求，所以必须对天然地基进行处理。

1，灰土挤密桩复合地基的地基承载力：
f sPk=mf pk+(1-m)f sk（见JGJ79—2002规范第7.2.8-1）
m＝d2/ de2（见JGJ79—2002规范第7.2.8-2）式中：
f spk ——复合地基承载力特征值(KPa)
f pk ——桩体的承载力特征值(KPa);宜通过单桩载荷试验确定。

（初步设计时由当地经验确定：洛阳一般为500-600kPa，考虑到施工及龄期等因素，这里取500kPa）；
f sk ——处理后桩间土承载力特征值KPa，宜按当地经验取值，如无经验，也可取天然地基承载力特征值。

（这里取140 KPa，第3层土）
m ――桩土面积置换率
d ――桩身平均直径
de ――一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径
等边三角形布桩：de＝1.05s
正方形布桩：de＝1.13s
S ――桩孔之间的中心距离
依据JOJ79—2002规范第14．2．3条规定：桩孔直径宜为300～450mm，并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定。

桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离，可为桩孔直径的2.0～2.5倍。

取桩径d=0．45m（成孔350mm,夯填至450mm），桩距s取o．90m。

m＝d2/ de2 =0.452/（1.05X0.9）2=0.22
代入f sPk=mf pk+(1-m)f sk＝219KPa。

2，夯实水泥土桩复合地基的地基承载力：
f spk=m×Ra/Ap+β(1-m)f sk（见JGJ79—2002规范第9.2.5）式中：未注明符号意义同灰土挤密桩复合地基。

β--- 桩间土承载力折减系数；宜按地区经验取值，如无经验时可取0.9～1，天然地基承载力较高时取大值。

这里取0.9.
Ra --- 单桩竖向承载力特征值（KN）；
Ap --- 桩身截面面积（M2）；
R a=πdΣq si L i+q p A p（见JGJ79—2002规范第9.2.7）式中：
q si、q p ——桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值；
L i ——第i层土的厚度
取桩径d=0.5m，桩长L=6.0m，以第7层为桩端持力层，按平均q si=25kPa，q p=400kP，计算后得Ra=313.5kN，桩距s 取1.4m，按等边三角形布置：
m＝d2/ de2 =0.52/（1.05X1.4）2=0.115
将Ra，m代入公式计算得
f spk=295kPa
夯实水泥土桩体试块抗压强平均值应达到下式要求：
f cu≧3 R a/A p≥4.8MPa（见JGJ79—2002规范第9.2.7）
3，采用灰土挤密桩复合地基承载力只能达到219KPa，而采用夯实水
泥土桩地基承载力可达到295KPa，大于筏基平均基底反力260 KPa，所以采用采用夯实水泥土桩方案。

根据JGJ79-2002规范第10.2.4条规定，在夯实水泥土桩顶应铺设10-30cm厚的褥垫层，垫层材料可采用中粗砂或碎石，最大粒径不宜大于20mm。

三，夯实水泥土桩复合地基的施工
根据场地地层条件及洛阳建筑工程经验，可采用机动洛阳铲进行成孔，夯填桩孔时，应采用机械夯实机具，其锤重应不小于1吨，这样才能起到挤密作用，成孔桩径采用450mm，根据已有工程经验，回填重锤夯实后的实际桩径可提高15-20%，一般可达到500mm。

在大面积施工前，必须在现场选择有代表性的地段进行试验或试验性施工，以取得水泥土的回填量、锤的落距，锤击次数等施工参数，其试验结果必须满足设计要求，一是要求桩间土的湿陷系数小于0.015；二是要求桩体的压实系数大于0.93；三是复合地基的承载力特征值满足设计要求。

施工中应注意的问题：
1、土料与水泥应拌合均匀，达到最优含水量，应由现场试验确定，水泥用量不得少于按配比试验确定的量；
2、桩孔中心偏差不应超过桩径设计值的1/4，桩孔垂直度偏差不应大于1.5%；桩孔直径不得小于设计桩径；桩孔深度不应小于设计深度；向孔内填料前孔底必须先夯实桩顶夯填高度应大于设计桩顶标高200-300mm，在褥垫层施工时应将多余桩体凿除，桩顶面应水平。

质量检验：
施工过程中，对夯实水泥土桩的成桩质量应及时进行抽样检孔，抽样检孔的数量不应少于总桩数的2%；夯实水泥土桩复合地基在竣工验收时，其承载力检验应采用单桩复合地基载荷试验，根据本工程的性质及基础设计等级，尚应进行多桩复合地基载荷试验。

其检验数量应为总桩数的1%，四，结论：
采用夯实水泥土桩对地基处理完毕后，通过现场静载试验，地基承载力及沉降量均达到了设计的要求。

挤密桩复合地基施工中，应注意以下几个问题：
1.实验问题
为检验地基处理后的力学性能的变化，为基础设计提供依据，应根据场地地基情况确定低级处理后，在开工前先在临近场地或建筑物场地，做出试桩复合地基，待试验取得数据后，再设计基础。

试桩复合地基达不到设计要求，尚应修改处理方案。

实际工程中，不少工程事先不搞试验，而是在处理好复合地基上做实验，这种做法如果试验数据符合要求尚可，否则将造成被动，再采取补救措施，延误工期，且不理想。

也有一些地方，平时注意积累资料，总结出几种典型软基础地质情况，加上有较丰富的施工经验，也可以参照资料而免去做试验。

2.成孔问题
成孔方法有机械成孔和人工成孔两种，应根据地质情况、钻孔深度及施工条件而定。

成孔时，地基土的含水率一般应掌握再12%~23%：低于12%成孔较困难，且对生石灰块水解提供水分不足；当大于23%时，易颈缩，或成桩后桩心软化，因此，低于最优含水率的土需加水增湿，大于最优含水率的土，需采取晾晒干措施。

基坑应预留不少于0.2m厚土，待成孔填料后，再将挤松的土挖掉，这样才能保证挤密效果。

3.挤密问题
挤密桩复合地基关键在于挤密，如何充分发挥挤密作用，施工是关键。

合理的填料配合比及认真的夯实，是确保施工质量的前提。

常用的填料配合比有多种，如灰砂桩为生石灰块：中砂=7：3（体积比），灰砂碎石桩为生石灰块：中砂：粒径20~40mm 碎石=5：2：3或6：1.5：2.5，也可适量加入粉煤灰，可提高桩的强度。

有些挤密桩复合地基完工后，桩顶的地面隆起，出现裂缝，或混凝土垫层完成之后，在垫层上隆起而裂缝，这是挤密桩一部分膨胀力向上释放的结果，实际上等于削弱了挤密桩的挤密作用。

为避免这种能量的消耗，一般可在桩顶标高下300mm高用3：7灰土夯实填密实封顶，可解决这一问题。

有的工程复合地基完工之后，虽然也用灰土封了顶，但不立即做混凝土垫层，结果仍出现桩顶隆起，附近地面鼓包。

为避免这种情况的出现，在复合地基完工之后，应立即做混凝土垫层，有条件时，最好边完成复合地基边做混凝土垫层。

4．局部遇枯井、坑、沟等处理问题
基坑开挖后，或经钎探后发现建筑物地基下有被杂土或杂填土或素土填充的枯井、洼坑、沟漕等，必须及时处理。

除对埋深较浅的可用填土的方法处理外，一般可用挤密桩进行处理，根据所处理局部地基情况，桩深可取一致，也可深浅不等，以桩底抵承好土为宜，并用桩距调整，桩距可疏可密，以达到所需地基强度。

处理时应注意要使处理后的局部地基与建筑物场地大面积地基承载力基本一致。

5.质量检验问题
挤密桩复合地基属隐蔽工程。

施工中必须加强检验。

检验内容包括成孔的深度、直径、垂直度，孔内填料的夯实质量，桩体竣工后，尚应检验桩间土的干密度，桩体填料的干密度、地基承载力等，检验方法包括挖开取样试验、触探试验、载荷试验等。

目前有的工程挤密桩检验手段不全，原始记录不齐；桩体竣工后立即做垫层做基础，地基承载力的检验往往放在主体工程竣工之后，或根本就不做这项检验，使密挤桩处理的复合地基承载力不够，在主体工程竣工之后才知道地基承载力达不到设计要求，在做处理难度很大。

对那些根本不做检查的复合地基，实际上就有可能留下隐患，
故应重视和加强挤密桩复合地基的质量检验工作。