CN111321725A

CN111321725A - 湿陷性黄土地基加固方法及建造的变刚度夯挤桩

Info

Publication number: CN111321725A
Application number: CN202010309978.1A
Authority: CN
Inventors: 吕擎峰; 韩启亮; 赵彦旭; 杲菲; 郭连星; 刘备
Original assignee: Lanzhou University; China Railway 21st Bureau Group Co Ltd
Current assignee: Lanzhou University; China Railway 21st Bureau Group Co Ltd
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-06-23

Abstract

本发明公开了一种湿陷性黄土地基加固方法及建造的变刚度夯挤桩，平整湿陷性黄土地基；用不同粒级碎石配制A填料；用不同粒级碎石、水泥和水配制B填料；钻一个桩孔，就向该桩孔内填充B填料到一定高度，夯击，重复，至夯实的B填料顶面距地面距离符合要求；填充A填料到一定高度，夯击，重复，至A填料夯实后与地面平齐，建成第一根变刚度夯挤桩；依次建造其余变刚度夯挤桩；水泥充分硬化后，完成湿陷性黄土地基的加固。建造的夯挤桩由长度较长的上部桩体和长度较短的下部桩体固接而成。该加固方法建造的上部桩体的性质接近于碎石桩；可以在接近地表部分消除或减轻黄土的湿陷性。下部桩体可以将荷载传递至坚硬的下卧层，起到了长短桩的作用。

Description

湿陷性黄土地基加固方法及建造的变刚度夯挤桩

技术领域

本发明属于湿陷性黄土地基处理技术领域，涉及一种湿陷性黄土地基处理方法，具体涉及一种湿陷性黄土地基加固方法；本发明还涉及一种该加固方法中用到的变刚度夯挤桩。

背景技术

湿陷性黄土土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高。当在一定压力下受水浸湿时，地基除了压缩变形外，主要是湿陷变形。湿陷变形的特点是地基强度明显降低、沉降增大，且具有突发性，地基受水浸湿初期，一昼夜内可产生150～250mm的湿陷量。因此，在湿陷性黄土地区建设时，需要采取各种工程措施对地基进行处理，消除或者减少黄土地基存在的湿陷量。

消除黄土地基湿陷性的方法主要有强夯法、挤密法、布设碎石桩、CFG桩等。强夯法：利用起重设备将重锤起吊到一定高度处，然后使重锤自由落下，对黄土地基进行强力夯击，以消除其湿陷性，降低压缩变形，提高地基强度。挤密法：是利用沉管、爆破、冲击、夯扩等方法在湿陷性黄土地基中挤密填料孔再用素土、灰土，必要时采用高强度水泥土、分层回填夯实以加固湿陷性黄土地基，提高其强度，减少其湿陷性和压缩性。碎石桩：主要以碎石、卵石为主要材料，通过振冲法挤密，对于软基的处理有着很好的效果。CM长短桩分为C桩刚性桩、M桩半刚性桩，C桩主要作用是提高地基承载能力，且可通过桩身将荷载向地基深处传递，减小压缩变形；M桩主要用来加固桩间土。

但是，上述消除黄土地基湿陷性的方法不能在消除地基湿陷性的同时满足地基的承载力需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿陷性黄土地基加固方法，在消除地基湿陷性的同时满足地基的承载力需求。

本发明的另一个目的是提供一种上述加固方法中使用的变刚度夯挤桩。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种湿陷性黄土地基加固方法，按以下步骤进行：

1）在湿陷性黄土区划出需要加固的区域，进行平整；

分别取42.5mm筛孔通过率100%的碎石A1、37.5mm筛孔通过率96～90%的碎石A2、31.5mm筛孔通过率92～81%的碎石A3、26.5mm筛孔通过率83～67%的碎石A4、19.0mm筛孔通过率78～61%的碎石A5、16.0mm筛孔通过率73～54%的碎石A6、13.2mm筛孔通过率64～45%的碎石A7、9.5mm筛孔通过率50～30%的碎石A8、4.75mm筛孔通过率36～19%的碎石A9、2.36mm筛孔通过率26～12%的碎石A10、1.18mm筛孔通过率19～8%的碎石A11、0.60mm筛孔通过率14～5%的碎石A12、0.30mm筛孔通过率10～3%的碎石A13、0.15mm筛孔通过率7～2%的碎石A13和0.075mm筛孔通过率4～1%的碎石A14，混合均匀，得A填料；

分别取19.0mm筛孔通过率100%的碎石B1、16.0mm筛孔通过率93～88%的碎石B2、13.2mm筛孔通过率86～76%的碎石B3、9.5mm筛孔通过率72～59%的碎石B4、4.75mm筛孔通过率45～35%的碎石B5、2.36mm筛孔通过率31～22%的碎石B6、1.18mm筛孔通过率22～13%的碎石B7、0.60mm筛孔通过率15～8%的碎石B8、0.30mm筛孔通过率10～5%的碎石B9、0.15mm筛孔通过率7～3%的碎石B10和0.075mm筛孔通过率5～2%的碎石B11，混合均匀，得第一填料；将第一填料、水泥和水混合，搅拌均匀，得B填料；

水泥的质量为B填料质量的15～18%，水的质量为水泥质量的18～20%。水泥采用硅酸盐水泥。

2）在平整区域内确定的需要成桩的位置钻直径0.4～0.6m、深度10～15m的桩孔；钻成一个桩孔后，就向该桩孔内填充B填料，当桩孔内B填料的高度达到0.6～0.7m时，用夯锤质量不小于1000kg的夯击机械进行夯击，之后，重复填充B填料并夯击的过程，直至桩孔中夯实的B填料形成的下部桩体顶面距地面的距离符合要求：若湿陷性黄土层的厚度≥4m时，该下部桩体顶面距地面的距离为4～4.5m；若湿陷性黄土层的厚度＜4m时，该下部桩体顶面距地面的距离为湿陷性黄土层所能达到的最厚深度；接着，向桩孔内填充A填料，桩孔内A填料的高度达到0.6～0.7m时，用夯锤质量不小于1000kg的夯击机械进行夯击，之后，重复填充A填料并夯击的过程，直至A填料夯实后形成的上部桩体与地面平齐，完成第一根变刚度夯挤桩的建造；

3）按步骤2）建造第二根变刚度夯挤桩；以此类推，直至在湿陷性黄土区需要加固的区域内完成设计确定的所有变刚度夯挤桩的建造；

本发明加固方法中每根变刚度夯挤桩的钻孔与成桩依次进行，若先完成所有桩的钻孔工作，而后再分别成桩，会导致夯击过程中，一些孔洞发生塌孔，使得夯挤桩失去“架拱作用”，从而影响承载能力。

4）成桩结束28天后，水泥充分硬化后，完成湿陷性黄土区地基的加固。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种湿陷性黄土地基加固方法中建造的变刚度夯挤桩，如图1所示，该夯挤桩由上下设置的上部桩体1和下部桩体2固接而成，下部桩体2的长度大于上部桩体1的长度。

上部桩体1由A填料夯实而成，为类碎石桩。下部桩体2由B填料夯实而成，为类夯实水泥土桩。

本发明加固方法施工简便、高效；成桩材料经济、易于取材；由于采用碎石与水稳碎石为填料，建造的变刚度夯挤桩比CM长短桩的整体价格低廉，使得变刚度夯挤桩的长度可以适当加长，并采用密集布置。通过夯挤施工，上部桩体的填料为碎石，刚度较小，功能类似于短桩，能够减少或消除黄土的湿陷性；下部桩体的填料为水稳碎石，刚度较大，功能类似于长桩，能够提高地基承载力，将荷载传递至坚硬的下卧层。

本发明加固方法根据桩体深度的不同，将桩划分为两部分，靠近地表的部分采用级配碎石填充，另一部分采用水泥和级配碎石填充；使得桩不同部分的刚度产生差异，桩上层部分为半刚性桩或柔性桩，在桩体受到夯击的时候，会导致桩体发生变形，对周围土体产生挤压，使得黄土的孔隙被挤密固结，类似于长短桩中的短桩，从而消除湿陷性；桩下层部分为刚性桩，作用类似于长短桩的长桩，桩打入至坚硬土层，其作用是将上部结构的荷载传递至坚硬的土层中，从而提高地基的承载力。相比于长短桩，长短桩地基任意深度沿地表平行切面的刚度，会因所处位置时而接近长桩时而接近短桩而发生改变，所以可能会使得上部结构的不同部分发生不均匀沉降，而变刚度夯挤桩地基任意深度沿地表平行切面的刚度均相同，从而可以一定程度上避免这种现象的发生。

本发明加固方法具有如下优点：

1、桩可以密集布置，并适当增加桩长；采用钻孔、填充桩材、夯击的成桩过程；上部桩体为碎石填料，性质接近于碎石桩；所以一定程度上可以在接近地表部分消除或减轻黄土的湿陷性。下部桩体为水稳碎石，刚度较大、桩长较长，可以将荷载传递至坚硬的下卧层，起到了长短桩的作用，同时克服了长短桩复合地基横向承载能力与应力分布不均匀的问题。

2、节约成本，因桩材整体采用不同配比的水稳碎石或碎石，易于取材。

附图说明

图1是本发明变刚度夯挤桩的示意图。

图中：1.上部桩体，2.下部桩体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

针对兰州西站附近的湿陷性黄土地基进行处理，应用上文所述的成桩措施进行加固，形成复合地基。并与未经人工处理的黄土地基或通过其他方式处理的复合地基做比较。

实施例1

在兰州西站附近的湿陷性黄土上选择三处地基土性质几乎相同，但之间不相互影响的场地，分别命名为区域一、区域二、区域三。

平整区域一；分别取42.5mm筛孔通过率100%的碎石A1、37.5mm筛孔通过率96～90%的碎石A2、31.5mm筛孔通过率92～81%的碎石A3、26.5mm筛孔通过率83～67%的碎石A4、19.0mm筛孔通过率78～61%的碎石A5、16.0mm筛孔通过率73～54%的碎石A6、13.2mm筛孔通过率64～45%的碎石A7、9.5mm筛孔通过率50～30%的碎石A8、4.75mm筛孔通过率36～19%的碎石A9、2.36mm筛孔通过率26～12%的碎石A10、1.18mm筛孔通过率19～8%的碎石A11、0.60mm筛孔通过率14～5%的碎石A12、0.30mm筛孔通过率10～3%的碎石A13、0.15mm筛孔通过率7～2%的碎石A13和0.075mm筛孔通过率4～1%的碎石A14，混合均匀，得A填料；

分别取19.0mm筛孔通过率100%的碎石B1、16.0mm筛孔通过率93～88%的碎石B2、13.2mm筛孔通过率86～76%的碎石B3、9.5mm筛孔通过率72～59%的碎石B4、4.75mm筛孔通过率45～35%的碎石B5、2.36mm筛孔通过率31～22%的碎石B6、1.18mm筛孔通过率22～13%的碎石B7、0.60mm筛孔通过率15～8%的碎石B8、0.30mm筛孔通过率10～5%的碎石B9、0.15mm筛孔通过率7～3%的碎石B10和0.075mm筛孔通过率5～2%的碎石B11，混合均匀，得第一填料；将第一填料、硅酸盐水泥和水混合，搅拌均匀，得B填料；硅酸盐水泥的质量为B填料质量的15%，水的质量为水泥质量的18%。在平整后的区域一内确定的需要成桩的位置钻直径0.4m、深度10m的桩孔；钻成一个桩孔后，就向该桩孔内填充B填料，当桩孔内B填料的高度达到0.6m时，用夯锤质量不小于1000kg的夯击机械进行夯击，之后，重复填充B填料并夯击的过程，直至桩孔中夯实的B填料形成的下部桩体顶面距地面的距离为4m；接着，向桩孔内填充A填料，桩孔内A填料的高度达到0.6m时，用夯锤质量不小于1000kg的夯击机械进行夯击，之后，重复填充A填料并夯击的过程，直至A填料夯实后形成的上部桩体与地面平齐，完成第一根变刚度夯挤桩的建造；按上述步骤建造第二根变刚度夯挤桩；以此类推，直至在的区域一内完成设计确定的所有变刚度夯挤桩的建造。即在区域一内建造了四根圆柱体形的变刚度夯挤桩，该夯挤桩底面直径0.4m，桩长10m；该四根夯挤桩分别位于边长为0.9m的正方形的四个顶点。

在区域二内布设四根圆柱体形的碎石桩，该碎石桩的底面直径0.4m，桩长10m；四根碎石桩分别设置在边长0.9m的正方形的四个顶点。

区域三为不进行任何人工处理的天然黄土地基。

对区域一内的变刚度夯挤桩复合地基、区域二内的碎石桩复合地基和区域三内的天然黄土地基分别进行竖向承载力试验。测得区域三内天然黄土地基的地基极限承载力为275kPa，区域二内碎石桩复合地基的地基极限承载力为457kPa，区域一内变刚度夯挤桩复合地基的地基极限承载力为634kPa。可见，本发明变刚度夯挤桩能够实现地基承载能力的提高，且在提高地基承载力的方面，优于单纯的碎石桩。

实施例2

在湿陷性黄土上选择两处地基土性质几乎相同，但之间不相互影响的场地，分别命名为区域四和区域五。

平整区域四；分别取42.5mm筛孔通过率100%的碎石A1、37.5mm筛孔通过率96～90%的碎石A2、31.5mm筛孔通过率92～81%的碎石A3、26.5mm筛孔通过率83～67%的碎石A4、19.0mm筛孔通过率78～61%的碎石A5、16.0mm筛孔通过率73～54%的碎石A6、13.2mm筛孔通过率64～45%的碎石A7、9.5mm筛孔通过率50～30%的碎石A8、4.75mm筛孔通过率36～19%的碎石A9、2.36mm筛孔通过率26～12%的碎石A10、1.18mm筛孔通过率19～8%的碎石A11、0.60mm筛孔通过率14～5%的碎石A12、0.30mm筛孔通过率10～3%的碎石A13、0.15mm筛孔通过率7～2%的碎石A13和0.075mm筛孔通过率4～1%的碎石A14，混合均匀，得A填料；

分别取19.0mm筛孔通过率100%的碎石B1、16.0mm筛孔通过率93～88%的碎石B2、13.2mm筛孔通过率86～76%的碎石B3、9.5mm筛孔通过率72～59%的碎石B4、4.75mm筛孔通过率45～35%的碎石B5、2.36mm筛孔通过率31～22%的碎石B6、1.18mm筛孔通过率22～13%的碎石B7、0.60mm筛孔通过率15～8%的碎石B8、0.30mm筛孔通过率10～5%的碎石B9、0.15mm筛孔通过率7～3%的碎石B10和0.075mm筛孔通过率5～2%的碎石B11，混合均匀，得第一填料；将第一填料、硅酸盐水泥和水混合，搅拌均匀，得B填料；硅酸盐水泥的质量为B填料质量的18%，水的质量为水泥质量的20%。在平整后的区域四内确定的需要成桩的位置钻直径0.6m、深度15m的桩孔；钻成一个桩孔后，就向该桩孔内填充B填料，当桩孔内B填料的高度达到0.7m时，用夯锤质量不小于1000kg的夯击机械进行夯击，之后，重复填充B填料并夯击的过程，直至桩孔中夯实的B填料形成的下部桩体顶面距地面的距离：若湿陷性黄土层的厚度≥4m时，该下部桩体顶面距地面的距离为4.5m；接着，向桩孔内填充A填料，桩孔内A填料的高度达到0.7m时，用夯锤质量不小于1000kg的夯击机械进行夯击，之后，重复填充A填料并夯击的过程，直至A填料夯实后形成的上部桩体与地面平齐，完成第一根变刚度夯挤桩的建造；按上述方法建造第二根变刚度夯挤桩；以此类推，直至在湿陷性黄土区需要加固的区域内完成设计确定的所有变刚度夯挤桩的建造。在区域四内布设四根圆柱体形的变刚度夯挤桩，该夯挤桩底面直径0.6m，桩长15m，四根夯挤桩分别位于边长为0.9m的正方形的四个顶点。

区域五为不进行任何人工处理的黄土地基。

对区域四和区域五分别进行浸水实验，浸水160天，测得区域五内黄土地基的地基沉降值为373mm，区域四内复合地基的沉降值为159mm。

说明本发明变刚度夯挤桩能够有效地减少和消除黄土地基的湿陷性。

Claims

1.一种湿陷性黄土地基加固方法，其特征在于，该加固方法具体按以下步骤进行：

1）平整湿陷性黄土区需要加固的区域；

用不同粒级碎石配制A填料；

用不同粒级碎石、水泥和水配制B填料；

2）在平整区域内需要成桩的位置钻桩孔；钻成一个桩孔后，就向该桩孔内填充B填料，当桩孔内B填料的高度达到0.6～0.7m时，夯实，之后，重复填充B填料并夯实的过程，直至桩孔中夯实的B填料形成的下部桩体顶面距地面的距离符合要求；接着，向桩孔内填充A填料，桩孔内A填料的高度达到0.6～0.7m时，夯实，之后，重复填充A填料并夯实的过程，直至A填料夯实后形成的上部桩体与地面平齐，完成第一根变刚度夯挤桩的建造；

4）成桩后，水泥充分硬化后，完成湿陷性黄土区地基的加固。

2.如权利要求1所述的湿陷性黄土地基加固方法，其特征在于，所述步骤1）中的A填料这样制得：分别取42.5mm筛孔通过率100%的碎石A1、37.5mm筛孔通过率96～90%的碎石A2、31.5mm筛孔通过率92～81%的碎石A3、26.5mm筛孔通过率83～67%的碎石A4、19.0mm筛孔通过率78～61%的碎石A5、16.0mm筛孔通过率73～54%的碎石A6、13.2mm筛孔通过率64～45%的碎石A7、9.5mm筛孔通过率50～30%的碎石A8、4.75mm筛孔通过率36～19%的碎石A9、2.36mm筛孔通过率26～12%的碎石A10、1.18mm筛孔通过率19～8%的碎石A11、0.60mm筛孔通过率14～5%的碎石A12、0.30mm筛孔通过率10～3%的碎石A13、0.15mm筛孔通过率7～2%的碎石A13和0.075mm筛孔通过率4～1%的碎石A14，混合均匀，得A填料。

3.如权利要求1所述的湿陷性黄土地基加固方法，其特征在于，所述步骤1）中的B填料这样制得：分别取19.0mm筛孔通过率100%的碎石B1、16.0mm筛孔通过率93～88%的碎石B2、13.2mm筛孔通过率86～76%的碎石B3、9.5mm筛孔通过率72～59%的碎石B4、4.75mm筛孔通过率45～35%的碎石B5、2.36mm筛孔通过率31～22%的碎石B6、1.18mm筛孔通过率22～13%的碎石B7、0.60mm筛孔通过率15～8%的碎石B8、0.30mm筛孔通过率10～5%的碎石B9、0.15mm筛孔通过率7～3%的碎石B10和0.075mm筛孔通过率5～2%的碎石B11，混合均匀，得第一填料；将第一填料、水泥和水混合，搅拌均匀，得B填料。

4.如权利要求3所述的湿陷性黄土地基加固方法，其特征在于，建造水泥的质量为B填料质量的15～18%，水的质量为水泥质量的18～20%。

5.如权利要求1所述的湿陷性黄土地基加固方法，其特征在于，所述步骤2）中，桩孔中夯实的B填料形成的下部桩体顶面距地面的距离符合的要求为：若湿陷性黄土层的厚度≥4m时，该下部桩体顶面距地面的距离为4～4.5m；若湿陷性黄土层的厚度＜4m时，该下部桩体顶面距地面的距离为湿陷性黄土层所能达到的最厚深度。

6.一种权利要求1所述的湿陷性黄土地基加固方法中建造的变刚度夯挤桩，其特征在于，该夯挤桩由上下设置的上部桩体（1）和下部桩体（2）固接而成，下部桩体（2）的长度大于上部桩体（1）的长度。

7.如权利要求6所述的变刚度夯挤桩，其特征在于，所述的上部桩体（1）为类碎石桩；下部桩体（2）为类夯实水泥土桩。