谈灰土井桩的应用

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１、前言

    我省地处黄土地区，在以往的建筑实践中，对多层建筑物的地基处理，广泛采用了灰土井桩基础。该方法设计、施工简便易行，费用低廉，工期短，经济效益显著。

    灰土井桩俗称灰土井、灰土柱或灰土墩，是起桩作用的灰土基础。它是在指定的位置，按一定的尺寸，开挖竖井，然后用灰土分层回填夯实，形成灰土井桩基础。

    灰土的性质在施工初期与普通散土无多大差别，其成分由生石灰与粉质粘土按一定比例拌和而成（一般是３∶７灰土或２∶８灰土），并在回填中分层夯实，到后期灰土中的白灰与土产生离子交换和凝硬反应，使土的强度显著提高，并具有一定的水稳性。根据资料记载，灰土的无侧限抗压强度一般为５００～１０００ｋＰａ，软化系数约为０．７，显然比天然土壤要好得多。

    灰土井桩基础适用条件：（１）适用于多层民用建筑；（２）适用于填土、一般湿陷性黄土（非自重湿陷性黄土，湿陷等级ＩＩ级以下）或其他软弱地基。《灰土井桩设计与施工规程》（陕西省标准）指出，灰土井桩基础应设在地下水位以上的土层中，具有下列条件的场地不宜选用灰土井桩基础：（１）井桩底距地下水位小于３ｍ时；（２）建筑物使用过程中，地基浸水不可避免时；（３）建筑物使用中，有含酸污水排泄时。

    经多年实践，本人认为只要设计参数选用得当，灰土井桩基础还可应用于其它多种建筑场地。

    ２、应用实例与分析

    ２．１西安铁路家属区第１５幢住宅楼

    ２．１．１概况

    该楼座落于西安铁路家属区内，原为长条状拐角三层楼房，因设计等方面的原因，楼房使用后不久就下沉，因此拆除了上部的两层，但楼房仍继续下沉开裂，最后不得不全部拆除，重建三栋五层住宅楼，建筑面积２９６０ｍ２。

    ２．１．２地质情况

    ０．０～７．０ｍ为人工填土，主要成分为粉质粘土，含砖瓦块、炭屑等，不均匀，可塑－软塑，无湿陷性，地基承载力标准值９０ｋＰａ；７．０～１０．０ｍ为粉质粘土，软塑－可塑，无湿陷性，地基承载力标准值１００ｋＰａ；地下水位在地表下８．０ｍ。

    ２．１．３方案选用

    由于场地地基土含水量在平面分布上差异大，设计该三栋住宅楼平面布局时，采用了两栋两个单元、一栋一个单元的三栋单体楼房平面布置方案。

    场地内人工填土层较厚，成分组成不均匀，含水量大，不宜采用天然地基方案。若采用换填地基土方案，则土方量大，造价高，且场地位于家属区内，施工干扰大，故不宜采用换填方案。采用灰土井桩基础方案可以克服以上缺点，且具有费用低、工期短的优点。但该场地地基土含水量较大，地下水埋藏浅，按以往经验本方案欠妥。我们反复研究认为，灰土井桩基础作为一种基础，理论依据充分，计算可靠，选用的参数得当，本方案是可行的。

    选用的参数如下：

    土壤的容许摩阻力ｆｖ＝１３ｋＮ燉ｍ２

    地基土承载力标准值ｆｋ＝９０ｋＰａ

    桩径ｄ＝１．４～２．２ｍ

    桩长ｈ＝５．３～６．０ｍ

    按单桩承载力基础计算。

    实践证明，新建住宅楼地基处理选用灰土井桩基础，效果良好，投入使用１０多年，未发现任何下沉、开裂等病害。

    ２．２西安市南二环路铁路新村人行天桥

    ２．２．１概况

    西安市南二环路将铁路住宅小区分隔成南北两部分。南二环路建成通车两年时间内，连续发生了数起交通伤亡事故，教训深刻。为此需增建人行天桥将南北住宅区连通。

    人行天桥设计选用了连续钢构桥方案。连续钢构桥对地基稳定性要求较高，要求地基承载力σ０≥２００ｋＰａ，压缩系数小。根据西安市城建局要求，修建人行天桥时，不允许影响南二环路的正常行车。因此，地基处理方案选用了本人设计的灰土井桩基础方案。

    ２．２．２地质情况

    ０．０～４．０ｍ为人工填土，主要成分为砂粘土，含建筑垃圾，可塑，地基基本承载力σ０＝９０～１１０ｋＰａ。４．０～１２．０ｍ为黄土状砂粘土，可塑－流塑，无湿陷性；其中４．０～５．５ｍ，可塑，地基基本承载力σ０＝１３０ｋＰａ；５．５～８．５ｍ，流塑，地基基本承载力σ０＝７０ｋＰａ；８．５～１０．０ｍ，软塑，地基基本承载力σ０＝１１０ｋＰａ；１０．０～１２．０ｍ，软塑，地基基本承载力σ０＝１１０ｋＰａ。１２．０～１６．０ｍ为古土壤，可塑，地基承载力σ０＝１４０ｋＰａ。１６．０～２５．０ｍ为砂粘土，可塑，地基基本承载力σ０＝１１０ｋＰａ。地下水位在地表下８．１ｍ。

    ２．２．３方案选用

    连续钢构桥在横向上易受到横向力的影响，使其在桥墩基础部位产生扭矩，因此，对桥墩地基土的要求较高。然而该地段地质条件较差，天然地基不能满足设计要求，因而必须进行地基处理。静压桩处理地基方案，因压桩所需大型机具设备和场地较大，会影响南二环路的正常交通，且造价高等缺点而被否定。挖孔灌注桩处理地基方案，笔者认为该施工方案所需机具设备较多，也会影响南二环路的正常交通，而且会污染绿草地（桥墩位于公路绿地），造价较高，因此挖孔桩方案并非最佳方案。本人推荐选用灰土井桩基础方案，本方案具有所需设备简易、对南二环路的正常交通基本无影响、轻微污染绿地、造价低廉、工期短等优点。经专家们研究、论证，最后选用了笔者推荐的灰土井桩基础地基处理方案。

    根据《灰土井桩设计与施工规程》（陕西省标准）要求，西安市南二环路铁路新村人行天桥的地基处理一般不宜采用灰土井桩基础，因为地下水位埋藏较浅，又该桥设计采用连续钢构梁，对地基的要求较高，一旦在城市重要交通干线上出现病害，整治难度大。在认真分析地质情况、场地条件、桥梁结构特点等方面因素后，我们选用了灰土井桩基础处理方案，效果良好。选用的参数如下：

    土壤的容许摩阻力ｆｖ＝１３ｋＮ燉ｍ２

    地基土基本承载力ｆ０＝１３０ｋＰａ

    桩径ｄ＝１．５ｍ

    桩长ｈ＝３．６ｍ

    每座桥墩设４根桩，桩顶设０．５ｍ厚的３∶７灰土垫层，按群桩偏心荷载计算比较。

    实践证明，西安市南二环路铁路新村人行天桥地基处理选用灰土井桩基础，效果良好，建成使用５年多，至今完好无病害。

    ２．３临潼铁路疗养院干部疗养楼

    ２．３．１概况

    临潼铁路疗养院干部疗养楼为４层楼房，局部（大厅）为５层，建筑面积２８６４ｍ２，它座落于一黄土斜坡地上，设计住房标准较高，楼内每套房内均设有洗澡间，供应温泉水，地坪下水管沟较多。

    该楼１９８８年５月开工，１９９０年６月竣工。竣工后在东楼楼梯与外纵墙结合部即出现开裂，但裂缝未继续发展。１９９６年５月中旬，由于管理不善，未及时发现上水管因锈蚀而断裂，导致温泉水灌入管沟内。该楼施工质量差，地下管沟裂缝纵横交错，温泉水沿裂缝下渗，浸泡地基，造成局部地基土变软，灰土井桩失效，楼房基础出现不均匀沉降，墙体多处开裂，最后决定停止使用该疗养楼，进行整治。

    ２．３．２地质情况

    ０．０～６．５ｍ为人工填土，含少量杂物，可塑，多孔隙、虫孔；６．５～１５．０ｍ为黄土状粉质粘土，属二级非自重湿陷性黄土，地基承载力标准值ｆｋ＝１４０ｋＰａ。地下水位在地表下１５ｍ。

    ２．３．３分析

    干部疗养楼地基属二级非自重湿陷性黄土，设计采用灰土井桩基础。由于上水管道锈蚀断裂，无人查问，还继续上水。使大量水渗入地基土中，导致地基土的性质恶化，楼房产生不均匀下沉、开裂。

    临潼铁路疗养院干部疗养楼出现病害的主要原因是管理使用不当，地基土被水浸泡，造成灰土井桩失效，无法支撑上部荷载，使建筑物下沉、开裂。

    ３、一点体会

    （１）对于湿陷性黄土地基，选用灰土井桩基础方案要慎重。《规程》明确规定，“在湿陷性黄土场地上，当建筑物地基易受水浸湿，在计算灰土井桩基础的承载力时，其容许摩阻力ｆｖ应取零值。”

    笔者认为，灰土井桩是按摩擦桩、端承桩进行计算的，一旦地基土受水浸湿而湿陷，将可能产生负摩擦力，计算中仅取其容许摩阻力ｆｖ）为零值是不够的，这样易使灰土井桩失效，最终导致建筑物不均匀下沉、开裂。

    （２）选用灰土井桩基础要与防水措施相结合。在一般湿陷性黄土地基采用灰土井桩基础时，可在桩顶上面作一定厚度的灰土垫层，它可起到隔水、防止水渗入地基的作用。同时，在设计施工时要做好上下水管道、管沟等的质量，防止因管理和使用方面的原因，导致水渗入地基土中，最终导致灰土井桩失效，使建筑物出现病害。