談灰土井樁的應(yīng)用

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１、前言

    我省地處黃土地區(qū)，在以往的建筑實(shí)踐中，對(duì)多層建筑物的地基處理，廣泛采用了灰土井樁基礎(chǔ)。該方法設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)便易行，費(fèi)用低廉，工期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

    灰土井樁俗稱灰土井、灰土柱或灰土墩，是起樁作用的灰土基礎(chǔ)。它是在指定的位置，按一定的尺寸，開挖豎井，然后用灰土分層回填夯實(shí)，形成灰土井樁基礎(chǔ)。

    灰土的性質(zhì)在施工初期與普通散土無(wú)多大差別，其成分由生石灰與粉質(zhì)粘土按一定比例拌和而成（一般是３∶７灰土或２∶８灰土），并在回填中分層夯實(shí)，到后期灰土中的白灰與土產(chǎn)生離子交換和凝硬反應(yīng)，使土的強(qiáng)度顯著提高，并具有一定的水穩(wěn)性。根據(jù)資料記載，灰土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為５００～１０００ｋＰａ，軟化系數(shù)約為０．７，顯然比天然土壤要好得多。

    灰土井樁基礎(chǔ)適用條件：（１）適用于多層民用建筑；（２）適用于填土、一般濕陷性黃土（非自重濕陷性黃土，濕陷等級(jí)ＩＩ級(jí)以下）或其他軟弱地基?！痘彝辆畼对O(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（陜西省標(biāo)準(zhǔn)）指出，灰土井樁基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在地下水位以上的土層中，具有下列條件的場(chǎng)地不宜選用灰土井樁基礎(chǔ)：（１）井樁底距地下水位小于３ｍ時(shí)；（２）建筑物使用過(guò)程中，地基浸水不可避免時(shí)；（３）建筑物使用中，有含酸污水排泄時(shí)。

    經(jīng)多年實(shí)踐，本人認(rèn)為只要設(shè)計(jì)參數(shù)選用得當(dāng)，灰土井樁基礎(chǔ)還可應(yīng)用于其它多種建筑場(chǎng)地。

    ２、應(yīng)用實(shí)例與分析

    ２．１西安鐵路家屬區(qū)第１５幢住宅樓

    ２．１．１概況

    該樓座落于西安鐵路家屬區(qū)內(nèi)，原為長(zhǎng)條狀拐角三層樓房，因設(shè)計(jì)等方面的原因，樓房使用后不久就下沉，因此拆除了上部的兩層，但樓房仍繼續(xù)下沉開裂，最后不得不全部拆除，重建三棟五層住宅樓，建筑面積２９６０ｍ２。

    ２．１．２地質(zhì)情況

    ０．０～７．０ｍ為人工填土，主要成分為粉質(zhì)粘土，含磚瓦塊、炭屑等，不均勻，可塑－軟塑，無(wú)濕陷性，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值９０ｋＰａ；７．０～１０．０ｍ為粉質(zhì)粘土，軟塑－可塑，無(wú)濕陷性，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值１００ｋＰａ；地下水位在地表下８．０ｍ。

    ２．１．３方案選用

    由于場(chǎng)地地基土含水量在平面分布上差異大，設(shè)計(jì)該三棟住宅樓平面布局時(shí)，采用了兩棟兩個(gè)單元、一棟一個(gè)單元的三棟單體樓房平面布置方案。

    場(chǎng)地內(nèi)人工填土層較厚，成分組成不均勻，含水量大，不宜采用天然地基方案。若采用換填地基土方案，則土方量大，造價(jià)高，且場(chǎng)地位于家屬區(qū)內(nèi)，施工干擾大，故不宜采用換填方案。采用灰土井樁基礎(chǔ)方案可以克服以上缺點(diǎn)，且具有費(fèi)用低、工期短的優(yōu)點(diǎn)。但該場(chǎng)地地基土含水量較大，地下水埋藏淺，按以往經(jīng)驗(yàn)本方案欠妥。我們反復(fù)研究認(rèn)為，灰土井樁基礎(chǔ)作為一種基礎(chǔ)，理論依據(jù)充分，計(jì)算可靠，選用的參數(shù)得當(dāng)，本方案是可行的。

    選用的參數(shù)如下：

    土壤的容許摩阻力ｆｖ＝１３ｋＮ燉ｍ２

    地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值ｆｋ＝９０ｋＰａ

    樁徑ｄ＝１．４～２．２ｍ

    樁長(zhǎng)ｈ＝５．３～６．０ｍ

    按單樁承載力基礎(chǔ)計(jì)算。

    實(shí)踐證明，新建住宅樓地基處理選用灰土井樁基礎(chǔ)，效果良好，投入使用１０多年，未發(fā)現(xiàn)任何下沉、開裂等病害。

    ２．２西安市南二環(huán)路鐵路新村人行天橋

    ２．２．１概況

    西安市南二環(huán)路將鐵路住宅小區(qū)分隔成南北兩部分。南二環(huán)路建成通車兩年時(shí)間內(nèi)，連續(xù)發(fā)生了數(shù)起交通傷亡事故，教訓(xùn)深刻。為此需增建人行天橋?qū)⒛媳弊≌瑓^(qū)連通。

    人行天橋設(shè)計(jì)選用了連續(xù)鋼構(gòu)橋方案。連續(xù)鋼構(gòu)橋?qū)Φ鼗€(wěn)定性要求較高，要求地基承載力σ０≥２００ｋＰａ，壓縮系數(shù)小。根據(jù)西安市城建局要求，修建人行天橋時(shí)，不允許影響南二環(huán)路的正常行車。因此，地基處理方案選用了本人設(shè)計(jì)的灰土井樁基礎(chǔ)方案。

    ２．２．２地質(zhì)情況

    ０．０～４．０ｍ為人工填土，主要成分為砂粘土，含建筑垃圾，可塑，地基基本承載力σ０＝９０～１１０ｋＰａ。４．０～１２．０ｍ為黃土狀砂粘土，可塑－流塑，無(wú)濕陷性；其中４．０～５．５ｍ，可塑，地基基本承載力σ０＝１３０ｋＰａ；５．５～８．５ｍ，流塑，地基基本承載力σ０＝７０ｋＰａ；８．５～１０．０ｍ，軟塑，地基基本承載力σ０＝１１０ｋＰａ；１０．０～１２．０ｍ，軟塑，地基基本承載力σ０＝１１０ｋＰａ。１２．０～１６．０ｍ為古土壤，可塑，地基承載力σ０＝１４０ｋＰａ。１６．０～２５．０ｍ為砂粘土，可塑，地基基本承載力σ０＝１１０ｋＰａ。地下水位在地表下８．１ｍ。

    ２．２．３方案選用

    連續(xù)鋼構(gòu)橋在橫向上易受到橫向力的影響，使其在橋墩基礎(chǔ)部位產(chǎn)生扭矩，因此，對(duì)橋墩地基土的要求較高。然而該地段地質(zhì)條件較差，天然地基不能滿足設(shè)計(jì)要求，因而必須進(jìn)行地基處理。靜壓樁處理地基方案，因壓樁所需大型機(jī)具設(shè)備和場(chǎng)地較大，會(huì)影響南二環(huán)路的正常交通，且造價(jià)高等缺點(diǎn)而被否定。挖孔灌注樁處理地基方案，筆者認(rèn)為該施工方案所需機(jī)具設(shè)備較多，也會(huì)影響南二環(huán)路的正常交通，而且會(huì)污染綠草地（橋墩位于公路綠地），造價(jià)較高，因此挖孔樁方案并非最佳方案。本人推薦選用灰土井樁基礎(chǔ)方案，本方案具有所需設(shè)備簡(jiǎn)易、對(duì)南二環(huán)路的正常交通基本無(wú)影響、輕微污染綠地、造價(jià)低廉、工期短等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)專家們研究、論證，最后選用了筆者推薦的灰土井樁基礎(chǔ)地基處理方案。

    根據(jù)《灰土井樁設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（陜西省標(biāo)準(zhǔn)）要求，西安市南二環(huán)路鐵路新村人行天橋的地基處理一般不宜采用灰土井樁基礎(chǔ)，因?yàn)榈叵滤宦癫剌^淺，又該橋設(shè)計(jì)采用連續(xù)鋼構(gòu)梁，對(duì)地基的要求較高，一旦在城市重要交通干線上出現(xiàn)病害，整治難度大。在認(rèn)真分析地質(zhì)情況、場(chǎng)地條件、橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等方面因素后，我們選用了灰土井樁基礎(chǔ)處理方案，效果良好。選用的參數(shù)如下：

    土壤的容許摩阻力ｆｖ＝１３ｋＮ燉ｍ２

    地基土基本承載力ｆ０＝１３０ｋＰａ

    樁徑ｄ＝１．５ｍ

    樁長(zhǎng)ｈ＝３．６ｍ

    每座橋墩設(shè)４根樁，樁頂設(shè)０．５ｍ厚的３∶７灰土墊層，按群樁偏心荷載計(jì)算比較。

    實(shí)踐證明，西安市南二環(huán)路鐵路新村人行天橋地基處理選用灰土井樁基礎(chǔ)，效果良好，建成使用５年多，至今完好無(wú)病害。

    ２．３臨潼鐵路療養(yǎng)院干部療養(yǎng)樓

    ２．３．１概況

    臨潼鐵路療養(yǎng)院干部療養(yǎng)樓為４層樓房，局部（大廳）為５層，建筑面積２８６４ｍ２，它座落于一黃土斜坡地上，設(shè)計(jì)住房標(biāo)準(zhǔn)較高，樓內(nèi)每套房?jī)?nèi)均設(shè)有洗澡間，供應(yīng)溫泉水，地坪下水管溝較多。

    該樓１９８８年５月開工，１９９０年６月竣工。竣工后在東樓樓梯與外縱墻結(jié)合部即出現(xiàn)開裂，但裂縫未繼續(xù)發(fā)展。１９９６年５月中旬，由于管理不善，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)上水管因銹蝕而斷裂，導(dǎo)致溫泉水灌入管溝內(nèi)。該樓施工質(zhì)量差，地下管溝裂縫縱橫交錯(cuò)，溫泉水沿裂縫下滲，浸泡地基，造成局部地基土變軟，灰土井樁失效，樓房基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，墻體多處開裂，最后決定停止使用該療養(yǎng)樓，進(jìn)行整治。

    ２．３．２地質(zhì)情況

    ０．０～６．５ｍ為人工填土，含少量雜物，可塑，多孔隙、蟲孔；６．５～１５．０ｍ為黃土狀粉質(zhì)粘土，屬二級(jí)非自重濕陷性黃土，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值ｆｋ＝１４０ｋＰａ。地下水位在地表下１５ｍ。

    ２．３．３分析

    干部療養(yǎng)樓地基屬二級(jí)非自重濕陷性黃土，設(shè)計(jì)采用灰土井樁基礎(chǔ)。由于上水管道銹蝕斷裂，無(wú)人查問，還繼續(xù)上水。使大量水滲入地基土中，導(dǎo)致地基土的性質(zhì)惡化，樓房產(chǎn)生不均勻下沉、開裂。

    臨潼鐵路療養(yǎng)院干部療養(yǎng)樓出現(xiàn)病害的主要原因是管理使用不當(dāng)，地基土被水浸泡，造成灰土井樁失效，無(wú)法支撐上部荷載，使建筑物下沉、開裂。

    ３、一點(diǎn)體會(huì)

    （１）對(duì)于濕陷性黃土地基，選用灰土井樁基礎(chǔ)方案要慎重?！兑?guī)程》明確規(guī)定，“在濕陷性黃土場(chǎng)地上，當(dāng)建筑物地基易受水浸濕，在計(jì)算灰土井樁基礎(chǔ)的承載力時(shí)，其容許摩阻力ｆｖ應(yīng)取零值。”

    筆者認(rèn)為，灰土井樁是按摩擦樁、端承樁進(jìn)行計(jì)算的，一旦地基土受水浸濕而濕陷，將可能產(chǎn)生負(fù)摩擦力，計(jì)算中僅取其容許摩阻力ｆｖ）為零值是不夠的，這樣易使灰土井樁失效，最終導(dǎo)致建筑物不均勻下沉、開裂。

    （２）選用灰土井樁基礎(chǔ)要與防水措施相結(jié)合。在一般濕陷性黃土地基采用灰土井樁基礎(chǔ)時(shí)，可在樁頂上面作一定厚度的灰土墊層，它可起到隔水、防止水滲入地基的作用。同時(shí)，在設(shè)計(jì)施工時(shí)要做好上下水管道、管溝等的質(zhì)量，防止因管理和使用方面的原因，導(dǎo)致水滲入地基土中，最終導(dǎo)致灰土井樁失效，使建筑物出現(xiàn)病害。