灰土擠密樁施工方法分析

□韓品磊 □俎玲玲（南水北調(diào)中線干線建設(shè)管理局河南直管建管局）

1.概述

灰土擠密樁法是利用沉管、爆擴(kuò)、沖擊或鉆孔夯擴(kuò)等方法，在地基土中擠壓成樁孔，迫使樁體內(nèi)土體側(cè)向擠出，從而使樁周土得到加密，隨后向樁孔內(nèi)填入灰土等廉價(jià)材料夯實(shí)成樁?；彝翗稊D密地基由樁體和樁間擠密土組成人工復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載。

灰土擠密樁的優(yōu)點(diǎn)是原位處理，深層擠密、就地取材和以土治土，用來(lái)加固濕陷性黃土地基具有良好效果，在南水北調(diào)工程中得到廣泛應(yīng)用。本文以南水北調(diào)滎陽(yáng)段工程為例，詳細(xì)介紹灰土擠密樁施工方法。

2.工程背景

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南～黃河南（中線建管局直管項(xiàng)目）滎陽(yáng)段1標(biāo)位于河南省滎陽(yáng)市境內(nèi)，起點(diǎn)樁號(hào)XYD0+000，終點(diǎn)樁號(hào)XYD10+000,長(zhǎng)度10.000km。南水北調(diào)中線滎陽(yáng)段設(shè)計(jì)流量265m3/s，加大流量320m3/s。

滎陽(yáng)1標(biāo)總長(zhǎng)度10 km，渠線所處地貌單元為黃（河）淮（河）沖積平原，其上分布有河谷和崗地，沿渠線范圍內(nèi)地勢(shì)總體呈西高東低、南高北低。

本標(biāo)段沿線地表至渠底下5m范圍內(nèi)地層主要由黃土狀粉質(zhì)壤土及重粉質(zhì)壤土構(gòu)成。結(jié)構(gòu)類型有黃土狀土均一結(jié)構(gòu)、粘性土均一結(jié)構(gòu)和上粘性土為主、下軟弱巖結(jié)構(gòu)3種，并以黃土狀土均一結(jié)構(gòu)為主。

黃土狀土沿渠線分布廣泛而連續(xù)。沿線黃土狀土濕陷性在空間分布上的隨機(jī)性較大，無(wú)論水平方向還是垂直方向都具有不均勻性。本渠段黃土狀土多屬非自重濕陷性黃土，個(gè)別地點(diǎn)具自重濕陷性，場(chǎng)地濕陷類型為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)多為Ⅰ級(jí)（輕微）。全新統(tǒng)沖積成因（alQ4）的黃土狀土多為中等濕陷性，濕陷深度一般2～4 m；上更新統(tǒng)沖洪積成因（alplQ3）的黃土狀土多為輕微～中等濕陷性，局部具強(qiáng)濕陷性，濕陷深度一般3～8m，濕陷起始?jí)毫σ话?0～200kPa。

黃土狀土抗沖刷能力差，天然狀態(tài)下強(qiáng)度偏高，具有濕陷性的黃土狀土遇水產(chǎn)生濕陷變形，強(qiáng)度明顯降低，影響渠道邊坡的穩(wěn)定和地基土強(qiáng)度。

按設(shè)計(jì)要求，渠道XYD9+838.14～XYD10+000段左右側(cè)堤身基礎(chǔ)濕陷性黃土區(qū)域采用擠密灰土樁處理。

設(shè)計(jì)參數(shù)：擠密灰土樁采用等邊三角形布置，樁徑400mm，有效加固樁長(zhǎng)8m，樁中心距為0.7m，樁內(nèi)回填土的壓實(shí)系數(shù)≥0.97，樁間土的最小擠密系數(shù)≥0.88。通過(guò)擠密灰土樁處理，從而消除渠堤填筑范圍內(nèi)黃土的濕陷性，增強(qiáng)基礎(chǔ)的承載力。

3.施工方法

3.1 施工工藝

擠密樁施工工藝流程如圖1所示：

圖1 擠密樁施工工藝流程圖

3.2 準(zhǔn)備工作

3.2.1 試驗(yàn)區(qū)整理∶在擠密灰土樁試驗(yàn)前，先用推土機(jī)將試驗(yàn)區(qū)域表層腐植土（≥30cm厚）推至施工區(qū)之外，并攏成堆，然后再將施工區(qū)整平。清除場(chǎng)地內(nèi)障礙物，并標(biāo)記處理場(chǎng)地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物及管線等。

3.2.2 相關(guān)試驗(yàn)及施工參數(shù)確定∶試驗(yàn)區(qū)參數(shù)選擇如表1所示。

表1 試驗(yàn)區(qū)參數(shù)選擇表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)擠密樁試驗(yàn)及試驗(yàn)成果確定施工參數(shù)如下：灰土虛鋪厚度應(yīng)為35 cm，最優(yōu)含水率為19.5%，每層夯擊次數(shù)為7擊，樁底夯擊次數(shù)為8擊，具體結(jié)果以土工試驗(yàn)報(bào)告為準(zhǔn)。

3.2.3 施工機(jī)具選擇∶成孔設(shè)備：Km2-12000A型振動(dòng)沉樁機(jī)，樁管徑400mm，樁管長(zhǎng)度9m（比設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)1m）。夯實(shí)設(shè)備：采用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)，錘重400 kg。輔助工具：鐵鍬、振動(dòng)篩、手推車等。

3.2.4 測(cè)量放樣∶首先采用GPS或全站儀放出試驗(yàn)區(qū)的四周邊線，在擠密灰土樁處理范圍內(nèi)沿渠道軸線方向放出左右邊樁，撒石灰線作出標(biāo)識(shí)。樁位按設(shè)計(jì)要求等邊三角形布置，樁徑400 mm，有效加固樁長(zhǎng)8m，樁中心距為0.7m。在處理范圍外10m設(shè)置標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)，并測(cè)試各樁點(diǎn)的標(biāo)高，用于控制擠密灰土樁的設(shè)計(jì)高程。

3.3 工序施工

3.3.1 成孔施工∶成孔順序：先外后里，隔排隔行，間隔2孔跳打，即從整片擠密地基的外邊線向里成孔，間隔2孔施工，打后立即回填。

3.3.2 沉管法成孔∶擠密樁地基處理層為濕陷性黃土，采用Km2-12000A型振動(dòng)沉樁機(jī)沉管成孔。沉樁機(jī)用直徑400 mm鋼管打入土中拔管成孔，樁管頂設(shè)樁帽，下端作成60°錐形活動(dòng)樁尖，施工前在鋼管上標(biāo)出控制深度標(biāo)記，以便施工中進(jìn)行鋼管深度觀測(cè)。

采用打樁機(jī)將樁管打入土層中至設(shè)計(jì)深度，然后緩慢拔出樁管即成孔，在沉管成孔施工中，應(yīng)做到樁機(jī)就位必須平穩(wěn)，不發(fā)生移動(dòng)或傾斜，樁管應(yīng)對(duì)準(zhǔn)樁位。沉管開始階段應(yīng)輕擊慢沉，待樁管方向穩(wěn)定后再以正常速度沉管。

沉管成孔施工，樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上預(yù)留50cm覆蓋土層。擠密灰土樁施工時(shí)應(yīng)控制拔管速度，在拔管前宜停頓10 s左右。成孔后清底夯實(shí)、夯平，并應(yīng)抽樣檢查樁孔的直徑、深度和垂直度：樁孔的垂直度偏差不宜＞1.5%。樁孔中心點(diǎn)的偏差不宜超過(guò)樁距設(shè)計(jì)值的5%。經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，向孔內(nèi)分層填入篩好的素土、灰土或其他填料，并應(yīng)分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。鋪設(shè)灰土墊層前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求將樁頂標(biāo)高以上的預(yù)留松動(dòng)土層挖除或夯（壓）密實(shí)。

3.3.3 樁孔夯填∶夯實(shí)成樁施工步驟：夯機(jī)整平穩(wěn)固并對(duì)準(zhǔn)樁孔中心→底夯→填料→夯實(shí)填料→至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→夯機(jī)移位。在夯實(shí)機(jī)就位后應(yīng)保持平穩(wěn)，使夯錘對(duì)中樁孔，能夠自由落入孔底。樁孔內(nèi)有雜物和積水應(yīng)清除干凈，填料前應(yīng)先夯實(shí)孔底。人工填料時(shí)指定專人按規(guī)定數(shù)量均勻填入。夯填的次序是先底夯，保證有效處理深度，底夯8擊，聽到清脆錘聲后開始填料夯實(shí)。土料必須使用合格土料，一般要過(guò)篩，篩孔規(guī)格為20mm，土塊粒徑不得＞15mm。石灰用生石灰消解而成，生石灰必須充分消解（悶透），生石灰消解時(shí)間≥3-4d，消解后的石灰過(guò)篩，粒徑≤5mm，且不得夾有未熟化的生石灰塊粒，石灰質(zhì)量不低于三級(jí)，活性成分Cao+Mgo（按重量計(jì)）≥50%。經(jīng)常測(cè)灰土的含水量，以保證灰土含水量接近最優(yōu)。當(dāng)灰土含水量超出最優(yōu)含水量19.5%±2%時(shí)，應(yīng)灑水濕潤(rùn)或晾曬。灰土拌和比例為3：7，要求灰土拌和均勻，顏色一致，拌和好的灰土不宜隔日使用。

每次分層填料厚度35cm，夯錘提高2～2.5m（原地面起提升高度），每層夯擊次數(shù)為7擊，聽到清脆錘聲后方可進(jìn)行上一層填料夯實(shí)。樁孔的夯填高度高出設(shè)計(jì)樁頂30cm。樁頂以上預(yù)留50cm厚的土層，待施工結(jié)束后，將表層擠松的土挖出?；彝撂盍喜捎枚奋囂盍戏?，事先量測(cè)好鋪填厚度所用料量，然后再放入斗車，在斗車內(nèi)部料頂邊緣作一周線性標(biāo)記，依次每次填料重復(fù)至此標(biāo)記。當(dāng)傾倒填料時(shí)，孔口放置漏斗或孔口挖成漏斗狀，以防填料意外傾灑而導(dǎo)致填料不準(zhǔn)現(xiàn)象。

4.結(jié)論與建議

4.1 利用擠密法處理自重濕陷性黃土地基是可行的，擠密效果好。擠密后復(fù)合地基承載力顯著提高，且能很好的消除地基土的濕陷性，土的壓縮性降低。

4.2 擠密灰土樁開始成孔前應(yīng)檢驗(yàn)打樁機(jī)樁管是否應(yīng)對(duì)樁孔。確保垂直度偏差≤1.5%。

4.3 沉管開始階段應(yīng)輕擊慢沉，待樁管方向穩(wěn)定后再按正常速度沉管。當(dāng)樁管沉至設(shè)計(jì)深度后應(yīng)及時(shí)拔出，不要在土中擱置時(shí)間過(guò)久，以防拔管困難。當(dāng)拔管困難時(shí)可用水浸潤(rùn)樁管周圍土層或?qū)豆苄D(zhuǎn)后拔出，以防孔口破壞。

4.4 施工順序應(yīng)隔排隔行，間隔1～2孔跳打，成孔后立即回填，以防止鄰孔之間互相擠壓造成鄰孔縮孔或震動(dòng)坍塌?；靥钸^(guò)程中不得間隔停頓或隔日施工，防止降低樁的承載力。

4.5 成孔后若發(fā)生樁孔嚴(yán)重縮徑和回淤，應(yīng)填入干砂等，重新沉管成孔。

4.6 填料夯實(shí)時(shí)落錘高度及錘擊次數(shù)嚴(yán)格按要求施工，以免出現(xiàn)夾層、松散等情況，確保樁身質(zhì)量。土料干濕適度，嚴(yán)格控制虛鋪厚度。