某电厂湿陷性黄土地基处理方法对比

1、某电厂湿陷性黄土地基处理方法的对比摘 要 本文通过对山西朔州某电厂地基处理的两种桩基设计方案（夯扩大头桩混合素土挤密桩和后压浆旋挖灌注桩混合素土挤密桩）进行全面分析对比，揭示了黄土湿陷性对桩基承载力的影响，并得出了优化地基处理方案。为以后湿陷性黄土地区桩基设计提供一些经验。关键词：湿陷性黄土 夯扩大头桩 后压浆旋挖钻孔灌注桩 素土挤密桩1、工程概况山西朔州某电厂位于山西省朔州市朔城区北西约11km的低山丘陵山坡上。占地面积430370m2，厂址内发育有五条侵蚀冲沟，沟深约1520m，沟底部宽约6m，顶部约20m。未按规范要求回填，经勘测单位检测不能作为基础持力层。其它原状土层层由于为马兰黄土具

2、有自重湿陷性且力学性能较差，层厚3.516.5m，不能满足建筑物对地基土强度和变形的要求，因此电厂主要建（构）筑物不能采用天然地基方案，需要进行地基处理。本工程因场地狭小和总平面布置需要，锅炉房整体落在冲沟的回填土上，而汽机房、除氧煤仓间则落在原状土层上。2、工程地质条件本工程揭露的地层自上而下分为五层，分别为素填土（Q4）、马兰黄土（Q3）、离石黄土（Q2）、角砾(Q2）、粉土（Q2）。场地中部及中北部原地表分布冲沟切割场区。沟深为0.521.7m。场地地下水位埋深大于100m。地基土主要岩土设计参数值见表1。地基土主要岩土设计参数 表1层号土层名称密实状态物 理 指 标固 结抗剪强度极限侧

3、阻力标准值极限端阻力标准值含水率重力密度孔隙比液限塑性指数液性指数压缩系数压缩模量内聚力内摩擦角WeWLIpIL1-2Es1-2cqsikqpk%kN/m3%MPa-1MPakPakPakPakPa素填土稍密9.8117.20.7325.98.5415.760.24-15马兰黄土稍密10.9817.50.7126.518.36-0.918.430.13-15离石黄土稍密14.5918.70.6626.819.0214.340.1862.9427.36401000角砾1103500粉土中密17.0318.90.6826.558.6412.230.2638.0729.66551400第一层：素填土

4、（Q4）为湿陷性土，湿陷系数大多在0.0300.183之间，湿陷程度中等强烈；该素填土是本次平整场地时用机械堆填。第二层：马兰黄土（Q3）亦为湿陷性土，湿陷系数大多在0.0150.070之间，湿陷程度中等强烈；湿陷等级II-III级。第三层：离石黄土（Q2）和第五层粉土（Q2）层均不具湿陷性。第四层：卵石（Q2）：灰白色，褐灰色，中密，稍湿，卵石主要由石灰岩、砂岩组成，大于2.0cm颗粒含量50-60。层厚0.31m，该层在主厂房钻孔处大部分缺失。经勘察： 汽机房及除氧煤仓间原状土为第二层马兰黄土，层厚78m，湿陷等级II级，锅炉房冲沟回填土湿陷等级为III级、沟底为非湿陷区。3、试桩布置根据

5、场地实际情况，本工程试桩阶段地基处理方案为：1、在冲沟区选用挤土夯扩钢筋混凝土大头桩（以下简称夯扩桩）混合素土挤密桩和后压浆旋挖钻孔灌注桩（以下简称旋挖桩）混合素土挤密桩两种方案。加素土挤密桩的目的主要是消除回填土的湿陷性，增加混凝土桩有效的侧阻长度，提高单桩承载力，减小地基土的压缩性，增强地基的稳定性，同时可作为以后锅炉房零米设备基础的持力层。2、在原土区选用挤土夯扩钢筋混凝土大头桩（以下简称夯扩桩）和后压浆旋挖钻孔灌注桩（以下简称旋挖桩）两种方案。3.1夯扩桩+素土挤密桩原土区和冲沟回填区夯扩桩均按正方形布置。见图1原土区夯扩桩桩顶标高1179.5m，间距2m，桩长15m，桩径500mm，

6、扩底直径1100mm，桩端落在层黄土上。夯扩桩桩间和周边不布素土桩。冲沟回填区夯扩桩桩顶标高1179.5m，间距为2m，桩长18m，桩径500mm，扩底直径1100mm，桩端落在层黄土上。夯扩桩桩间和周边加布素土桩，素土桩桩间距0.9m，桩长定为15m，桩径500mm。 二组试桩一组在试桩周围布素土桩，另一组不布置，通过观测浸水状态下的桩侧负摩阻力，以确定湿陷性黄土的湿陷性对桩侧摩阻力的影响。单桩承载力极限值预估为4000KN，桩位布置见图1。3.2旋挖桩+素土挤密桩原土区和冲沟回填区后压浆旋挖钻孔桩均按梅花形布置。见图2原土区旋挖桩桩顶标高1179.5m，间距1.8m，桩长27m，桩径600

7、mm，桩端落在粉土层上。冲沟回填区旋挖桩桩顶标高1179.5m，间距1.8m，桩长26m，桩径600mm，桩端落在粉土层上。旋挖桩桩间和周边加布素土桩，素土桩桩间距0.9m，桩长定为15m，桩径500mm。单桩承载力极限值预估为5000kN，桩位布置见图2。4、试验结果分析本工程对12根试桩和32根锚桩全部进行了低应变检测，各桩波形规整，波速正常，桩身完整。4.1竖向抗压静载荷试验分析本次试桩共进行了12组竖向抗压静载荷试验，试验要求在试验加载前向试坑内浸水，连续浸水10天后，采用慢速维持荷载法，逐级施加荷载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直至满足终止加载条件，然后分级卸载到零。其试验部

8、分成果见表24和图3。单桩竖向抗压静载荷试验成果表 表2项目桩号最大加载量（kN）终止试验条件可取值（kN）最大沉降量（mm）卸载回弹量(mm)/回弹率(%)极差%承载力特征值（kN）侧/端阻力所占比例（%）原土区夯扩桩SZ1-15600试桩破坏520042.142.64/6.2625.4236756.5/43.5SZ1-25500钢筋拉断50009.806.47/66.0288.5/11.5SZ1-34500试桩破坏400019.194.39/22.8876.3/23.7冲沟区夯扩桩SZ2-14000试桩破坏350044.514.06/9.1213.5185086.8/13.2SZ2-236

9、00准备做水平试验36008.504.58/53.8892.1/7.9SZ2-34500试桩破坏40009.481.38/14.5691.1/8.9原土区旋挖桩SZ3-15000锚桩钢筋拉断50008.775.95/67.849.4266792.8/7.2SZ3-26000锚桩钢筋拉断55009.105.71/62.7598.2/1.8SZ3-36000锚桩钢筋拉断550010.557.16/67.8796.2/4.8冲沟区旋挖桩SZ4-15500锚桩钢筋拉断55007.975.38/67.500275094.3/5.7SZ4-25500锚桩钢筋拉断55007.705.52/71.6987.7

10、/12.3SZ4-35500锚桩钢筋拉断55008.976.14/68.4585.7/14.3图3：QS曲线图3 QS曲线SZ1-2号桩实测桩身总侧阻与端阻分布表 表3分级荷载(kN)100015002000250030003500400045005000摩阻(kN)89713491748208524882941338638754425占总压力%89.7389.9687.3883.4082.9484.0484.6486.1188.50端阻(kN)103151252415512559614625575占总压力%10.2710.0412.6216.6017.0615.9615.3613.8911.

11、50SZ2-1号桩实测桩身总侧阻与端阻分布表 表4分级荷载(kN)100015002000250030003500摩阻(kN)54110361528202725213039占总压力%54.0969.0476.4081.0784.0486.82端阻(kN)459464472473479461占总压力%45.9130.9623.6018.9315.9613.18根据表24和图3进行统计分析，结果如下：除冲沟区夯扩桩的承载力没有达到预估承载力外，其余桩型均达到了预估承载力。后压浆旋挖灌注桩的承载力要明显高于夯扩桩的承载力，在原土区比夯扩桩高12.7%；在冲沟区比夯扩桩高48.6%。后压浆旋挖钻孔灌注

12、桩的QS曲线基本一致，在相同荷载作用下，所产生的沉降量相差不大；而夯扩桩的QS曲线差异较明显，在相同荷载作用下，沉降量相差较大，说明后压浆旋挖钻孔灌注桩的承载力比夯扩桩更稳定和均匀，也说明后压浆旋挖钻孔灌注桩要优于夯扩桩。这一点从桩身内力观测结果也可得到证实，从桩身内力分布看，后压浆旋挖钻孔灌注桩承载力以侧摩阻为主，侧阻占总阻力的92%；夯扩桩承载力分布有不确定性，端阻变化幅度较大（7.9%43.5%）。4.2浸水过程桩身内力分析 图4：浸水过程中桩身内力分布图 未经处理场地 经素土桩挤密处理场地 图5：浸水过程中桩身摩阻分布图 未经处理场地 经素土桩挤密处理场地为了进一步了解场地地基土湿陷性

13、对桩基承载力的影响，分别观测了夯扩桩在浸水过程中，经过挤密素土桩处理和未经挤密素土桩处理的两种类型场地土，在无桩顶荷载作用下桩身内力变化情况见图4和图5 。由图4和图5可以看出：未经素土桩挤密的场地，浸水时桩身内力和摩阻力主要为正值， 在同一深度内，随着浸水时间的延长，桩身内力和摩阻力则逐渐增大。这说明未经素土桩挤密处理的场地，浸水时由于地基湿陷对试验桩产生了负摩阻，负摩阻总体上有自上而下逐渐递减的规律，最大压应力多出现在桩顶，浸水10d时桩顶最大压应力为176kN，最大负摩阻为224kPa，影响范围一般在10.0m以内，其影响为桩体荷载的5%。经素土挤密的场地，浸水时桩身内力和摩阻力主要为负

14、值，而在同一深度内，随着浸水时间的延长，桩身内力和摩阻力则有逐渐减小的趋势。这说明经过素土桩挤密的场地，由于地基经挤密后湿陷性基本消失，浸水后对桩产生上浮作用，造成桩身出现附加的拉应变，附加拉应变总体上有自上而下逐渐递减的规律，影响范围在4.0m左右，最大拉应力多出现在桩顶。浸水10d时桩顶累计最大拉应力为141kN，最大侧摩阻为180kPa，该拉应力对载荷试验结果的影响为正摩阻效应，相当于给桩施加了预应力，影响幅度为桩体荷载的3%。5、结论通过对比试验可以得出如下结论：从承载能力分析，除未经素土挤密处理的夯扩桩不能满足设计要求外，其余桩型均能满足承载力要求。后压浆旋挖钻孔灌注桩承载力要高于夯扩桩。从承载力稳定性看，后压浆旋挖钻孔灌注桩要优于夯扩桩，夯扩桩的单桩承载力极差大。经素土桩挤密处理的场地，不但可以消除场