濕陷性黃土場地上的樁基礎(chǔ)

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，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)計樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿足要求外，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，便可由樁底的下部非濕陷黃土(巖)層所承受，同時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60—80cm，底端擴(kuò)大頭直徑一般為90～120cm，最大直徑達(dá)180em，入土深度一般為10—25m，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。1966—1968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)60—70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28～32m)對原有基礎(chǔ)進(jìn)行托換后，使瀕臨報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、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Ⅲ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Ⅲ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15—30m，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1.8～2.5t的打樁設(shè)備將樁送入土中設(shè)計深度，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)計時應(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)滑動測微計等方法，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)可按下式計算：拴I擺=舞-謝樹W末W瓜里-濫屆W妹(1)筆式扒中煤I冰—酒—穿土的液性指數(shù)賓；頃SEQ比—敬—應(yīng)土的飽和度，臂可廚取迅O伯．騎8取5跳：容腹e轉(zhuǎn)—槐—沾土的天然孔隙福比；宋d役—柴—異土粒的相對密儉度；王W形—研—掠土的液限含水釣量佛(胳％行)航；釘W加p蒼—舟—期土的塑限含水誦量聚(鴨％喊)雀。賣田龜在自重濕陷性竿黃土場地，當(dāng)對樁周土層受水喝浸濕產(chǎn)橫生自重濕陷時銹，其相對位移訓(xùn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁的粉下沉量，因而凡沿樁身側(cè)面產(chǎn)鹽生向下作用的儲負(fù)摩擦力，此妙負(fù)摩擦力相當(dāng)建于給樁施加一裹個向下的附加貍荷載較(眼簡稱下拉荷格載到)嘗，并與樁頂上虛的荷載全部由驗樁身傳給樁底臂端的持浩力層所承受。奉．確定單樁承惡載力時，除不揮計算濕陷性土鄉(xiāng)層范圍內(nèi)樁側(cè)便的正摩擦力外姓，并應(yīng)扣除樁汽側(cè)的負(fù)摩擦力筒。饒逢涼樁身鋼筋砼的摔壓縮變形很小瑞。通常忽略不誠計，符建爆(蔬構(gòu)菠)譯筑物在使用過洋程中，樁側(cè)之衣所以產(chǎn)生負(fù)摩謠擦力，抬主要是由于防嗚水措施失效，拌管道長期漏水三或地面經(jīng)常積廁水等原因，致扮使樁周土體由鵝淺至深受水浸供濕引起自重濕棕陷，此外，采焦用樁基的自重氧濕陷性黃土場展地，大面積地收下水位上升亦丈能導(dǎo)致樁側(cè)產(chǎn)荒生負(fù)摩擦力。兔蹄黎據(jù)測試結(jié)果，熄在濕陷性黃土蝶層厚度、總濕倦陷量、自盈重濕陷量均較森大的自重濕陷粉性黃土場地，誰不論預(yù)制樁或賢挖、鉆孔灌注川樁，當(dāng)樁周土辣層充分浸水時準(zhǔn)，樁側(cè)平均負(fù)召摩擦力可達(dá)開1鍛6膽—獲20kP煌a樸，甚至更大，倘具體數(shù)值見沾表復(fù)1濃。沖樁側(cè)平均負(fù)磨救擦力舒(kpa)葵懷棟表變l夸自重濕陷量半(港cm)寇挖、鉆孔灌注顆樁教朵預(yù)制樁餓7蓋～等20析10法15碼>2環(huán)0制15緣20斜3角.幕樁側(cè)負(fù)摩擦力朱的計算深度羅穗己目前國內(nèi)外，認(rèn)一般以樁身的米中性點(diǎn)作為計蝕算樁側(cè)秀負(fù)摩擦力深度板的下部界限，惜而樁身的中性尚點(diǎn)取決于樁和陽樁周土層的相爸對位移均相同漫的位置。塵他蠶當(dāng)樁的下沉量借小于樁周土層牙的下沉量時，僚樁周土豎對樁側(cè)往往產(chǎn)欣生向下作用的莖負(fù)摩擦力，反雄之，樁周土對擠樁側(cè)產(chǎn)生向上堵的正摩擦力。倦一般認(rèn)為，樁暖的承臺底面以買下，樁身的中校性點(diǎn)以上，樁伴周土層的下沉餡量大于樁的下臟沉量，樁側(cè)的商摩擦力為負(fù)值平，樁身的中性哈點(diǎn)以下，樁底漂端以上，樁周攔土層的下沉量半小于樁的下沉臉量，樁側(cè)的摩宏擦力為正值，政在負(fù)摩擦力過盜渡為正摩擦力蒼的相交處，樁駝與樁周土層的濟(jì)下沉量相等，暈且摩擦力為零盈，在工程實(shí)踐凡中通常稱此點(diǎn)央為中性點(diǎn)，見再圖約1懼。摘圖磚1丟律樁周正、負(fù)摩興擦力和中性點(diǎn)弱隨土層浸水深際度的變化易意羞由上述可見，付樁身的中性點(diǎn)嗽位置取決于樁熄和樁周夾土層的相對位錘移，并與土的神濕陷性質(zhì)、浸嫩水時間、浸人叉土層中的水量癢和浸濕范圍等吹因素有關(guān)，只嫩有當(dāng)樁周的濕逝陷性黃土層充困分浸水引起的宇下沉量完全穩(wěn)朱定后，樁身的特中性點(diǎn)位置方查可固定不動。嫩寧伸當(dāng)樁底端支承蒙在巖石或砂卵冬石層上時，樁慘基的下垂沉量一般很小大，主要是樁周壞土層自重濕陷鄉(xiāng)引起的下沉量能，樁身側(cè)面幾夕乎都是負(fù)摩擦訪力，在此種情拋況下，可將巖玻石或砂卵石層頸頂面作為樁身憲的中性點(diǎn)，而兵樁的負(fù)摩