濕陷性黃土場(chǎng)地上的樁基礎(chǔ)

1、濕陷性黃土場(chǎng)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(lái)，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(guò)程中將土排除孔外，樁孔周圍土的性質(zhì)并無(wú)改善。試驗(yàn) 研究資料表明，設(shè)置在濕陷性黃土場(chǎng)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(chǎng)地上，不允許采用摩擦型樁，設(shè)計(jì)樁基

2、 礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿足要求外，還應(yīng)根據(jù)場(chǎng)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(chǎng) 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(chǎng)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(chǎng) 地工程地質(zhì)條件確定。灌

3、注樁有擴(kuò)底和不擴(kuò)底的灌注樁兩種。樁孔直徑一般為60 80cm,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

4、，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(duì)原有基礎(chǔ)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(guó)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， 建在川級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地上，采用爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)，該場(chǎng)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(lái)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

5、投產(chǎn)近 3年。又如，蘭州連城鋁廠的電解車間，也是建在川級(jí)自重 濕陷性黃土場(chǎng)地上，濕陷性黃土層厚度近30m,爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)的埋深為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(duì)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(chǎng)，一般使用方樁， 其邊長(zhǎng)多為 35cmX 35cm 45cmX 45em,人土深度為15 30m

6、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 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(guò)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(chǎng)地土的性質(zhì)和工 程要求對(duì)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(lái)，我國(guó)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(cè)微計(jì)等方法，對(duì)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(cè)結(jié)果表明， 樁周的濕陷性黃土受

7、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(chǎng)地，樁側(cè)的正摩擦力顯著降低，甚 至消失，樁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產(chǎn)空-w w - w pdsPp式中11土的液性指數(shù)；S r 土的飽和度，可取 0. 85：e 土的天然孔隙比；d s土粒的相對(duì)密度；W 1 土的液限含水量（）；在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，當(dāng)樁周土層受水浸濕產(chǎn)生自重 濕陷時(shí)，其相對(duì)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

8、相當(dāng)于給樁施加一個(gè) 向下的附加荷載（簡(jiǎn)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(guò)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(zhǎng)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(chǎng)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(cè)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(chǎng)地，不論預(yù)制樁或挖、鉆孔 灌注樁，當(dāng)樁周土層充分

9、浸水時(shí)，樁側(cè)平均負(fù)摩擦力可達(dá) 16 20kPa,甚至更大，具體數(shù)值見(jiàn)表 1。樁側(cè)平均負(fù)磨擦力（kpa） 表I自重濕陷量（cm）挖、鉆孔灌注樁預(yù)制樁7201015>2015203.樁側(cè)負(fù)摩擦力的計(jì)算深度目前國(guó)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(duì)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(duì)樁側(cè) 往往產(chǎn)生向下作用的負(fù)摩擦力，反之，樁周土對(duì)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)，樁身的中性點(diǎn)位置取決于樁和樁周土層的 相對(duì)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