南水北調(diào)中線工程復(fù)雜條件復(fù)合載體夯擴(kuò)樁施工參數(shù)確定

田福凱

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

1 概述

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁技術(shù)，由北京波森特巖土工程有限公司董事長王繼忠先生專利發(fā)明，在國內(nèi)許多地區(qū)得到很好地推廣應(yīng)用，其施工原理源于我國北方農(nóng)村普通民居地基處理中使用的土夯加固技術(shù)，即在擬建場地屬軟弱地基的情況下，采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯的方法，通過科學(xué)的施工參數(shù)控制，利用柱錘對地基土體進(jìn)行連續(xù)夯擊、成孔、填料、再夯擊的過程，在被加固土層中形成由干硬性混凝土或夯實填料構(gòu)成的復(fù)合載體，從而使地基得到加固。其加固機(jī)理主要有4點(diǎn)：①成孔及成樁過程中對原土的動力擠密作用；②對原土的動力固結(jié)作用；③充填置換作用（包括樁身及擠入樁間土的骨料）；④生石灰的水化和膠凝作用（化學(xué)置換）。其適用的地層是雜填土、粉土、粘性土、素填土和黃土等地基。目前可供參考的規(guī)范為JGJ79—2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中的“柱錘沖擴(kuò)法”和JGJ/T135—2001《復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計規(guī)程》。

南水北調(diào)中線干線工程漳古段部分工程的地基處理采用了復(fù)合載體夯擴(kuò)樁，其中沙溝河排洪渡槽位于河北省沙河市境內(nèi)，干線樁號為82＋406，渡槽總長358.5m，由進(jìn)口段、槽身段、出口段組成。根據(jù)初勘察發(fā)現(xiàn)，地基地層40m深度內(nèi)由上至下依次為：0～16.5m為第四系上更新統(tǒng)沖洪積（al＋plQ33）的黃土狀壤土，其中11.0～13.0m深度夾粉細(xì)砂或粗砂薄層；16.5～22.0m為第四系中更新統(tǒng)冰川堆積（glQ12）泥礫；22.0～32.0m為下更新統(tǒng)冰水堆積（fglQ1）的壤土和粘土；32.0m以下為二疊系下石盒子組（P1x）的砂巖，局部為泥巖。原位測試結(jié)果為：泥礫層上部的土體承載力不足90kPa，不能滿足上部荷載要求。

為提高地基承載力，確保工程安全運(yùn)用，設(shè)計考慮采用夯擴(kuò)碎石樁進(jìn)行地基處理。但是試樁階段發(fā)現(xiàn)處理后的復(fù)合地基承載力仍達(dá)不到設(shè)計要求，致使本工程地基處理經(jīng)歷了方案設(shè)計—施工試樁—檢測不合格—方案變更—正式施工—施工樁復(fù)合地基檢測滿足要求的一個比較復(fù)雜的過程。

2 方案設(shè)計及試樁結(jié)果

原設(shè)計方案為：①地基處理采用復(fù)合載體夯擴(kuò)樁，樁徑600mm，梅花形布置，擋墻下間距為1.6m，底板下間距為2.0m；②樁身填料為碎石（或卵石），施工按最后三擊貫入度不大于100mm控制；③施工結(jié)束后基礎(chǔ)底面鋪300mm厚碎石土墊層，碎石與粘土的體積比為4∶6；④復(fù)合地基承載力不小于200kPa，載荷試驗的累計沉降量不大于50mm。

試樁階段分別在進(jìn)口和出口完成各2組共12根試樁，施工各環(huán)節(jié)嚴(yán)格按設(shè)計和規(guī)范要求進(jìn)行。但試樁結(jié)束后的地基承載力檢測結(jié)果顯示，復(fù)合地基承載力進(jìn)口段為155～157kPa，出口段為156～172kPa，均不能滿足設(shè)計要求。

3 原因分析

試樁施工檢測初期，發(fā)現(xiàn)復(fù)合地基的承載力達(dá)不到設(shè)計要求，為避免人為原因所致，在后序的試樁施工中嚴(yán)格控制了各施工環(huán)節(jié)，包括：成孔深度、夯填料填入量及其粒徑級配、單擊貫入度、護(hù)筒提升高度等，但結(jié)果仍不能達(dá)到要求。經(jīng)分析認(rèn)為：由于地下水位較高，埋深為地表以下2.6～2.7m，施工時地下水位以下的夯錘沖擊力銳減，最終導(dǎo)致水位以下夯填料達(dá)不到設(shè)計要求的密實度。

根據(jù)JGJ79—2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，“柱錘沖擴(kuò)法對地下水位以下的飽和松軟土層，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。地基處理深度不宜超過6m，復(fù)合地基承載力特征值不宜超過160kPa”，相應(yīng)條款的條文說明為“對地下水位以下飽和松軟土層沖孔時坍孔嚴(yán)重，有時甚至無法成孔，在成樁過程中地面隆起嚴(yán)重，經(jīng)檢測樁底及樁間土擠密效果不明顯，樁身質(zhì)量也較難保證，因此對上述土層應(yīng)慎用?！备鶕?jù)JGJ/T135—2001《復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計規(guī)程》規(guī)定，“夯擴(kuò)體的投料量”應(yīng)使“夯擊后地面隆起不得大于50mm”。

因此，最終確認(rèn)復(fù)合地基承載力達(dá)不到設(shè)計要求的主要原因是地下水位較高，地下水位以下的地層不適宜采用夯擴(kuò)碎石樁法處理。

4 方案變更

為保證工程進(jìn)度，設(shè)計部門會同有關(guān)專家及時對上述情況進(jìn)行了認(rèn)真分析和研究，經(jīng)對地質(zhì)資料的認(rèn)真分析，對上部結(jié)構(gòu)荷載的復(fù)核，對施工工藝和參數(shù)的進(jìn)一步確認(rèn)，最終將設(shè)計方案調(diào)整為：①擋墻下復(fù)合載體夯擴(kuò)樁樁身填料改為C25素混凝土，樁徑430mm，間距1.6m，正三角形布置；②底板下復(fù)合載體夯擴(kuò)樁樁身填料為碎石、卵石或碎磚，樁徑600mm，間距2.0m，正三角形布置，不同樁距交叉位置附近的樁位可在施工中適當(dāng)調(diào)整；③施工結(jié)束后基礎(chǔ)底面鋪300mm厚碎石土墊層，碎石與粘土的體積比為4∶6；④進(jìn)口樁長13.2m，出口樁長9.8m；⑤擋墻下復(fù)合地基承載力不小于200kPa，底板下復(fù)合地基承載力不小于120kPa，載荷試驗的累計沉降量不大于50mm。

對比設(shè)計樁長和地層資料可知，樁長范圍內(nèi)地層主要為黃土狀壤土和砂層，大部分位于地下水位以下。

5 夯擴(kuò)樁施工工藝及質(zhì)量控制

本工程設(shè)計方案變更后，夯擴(kuò)樁類型包括兩種：夯擴(kuò)混凝土樁和夯擴(kuò)碎石樁。施工采用的柱錘及自動脫鉤裝置均為滄州市機(jī)械施工有限公司的產(chǎn)品，柱錘直徑為377mm，長度為5m，凹形底，符合規(guī)范要求。為保證施工質(zhì)量，制定了嚴(yán)格的施工工序和質(zhì)量控制措施。

5.1 夯擴(kuò)混凝土樁

5.1.1 施工工藝

（1）確定樁位：測量人員依據(jù)設(shè)計樁位布置圖進(jìn)行放線，并用木樁標(biāo)記，經(jīng)監(jiān)理復(fù)驗合格后進(jìn)行下道工序。

（2）夯機(jī)就位：樁位確定后，移動夯機(jī)就位，使護(hù)桶中心與樁位對齊，然后將護(hù)桶放置到地表，調(diào)整護(hù)桶垂直度，用線錘吊線檢查護(hù)桶的垂直度，確?？刂圃?.5%之內(nèi)。

（3）沉護(hù)桶：先用細(xì)長錘低落距輕夯成孔，護(hù)桶同時下壓，邊成孔邊下壓護(hù)桶直至將護(hù)桶沉至設(shè)計樁底標(biāo)高以上2m。

（4）檢測：成孔后進(jìn)行孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深等檢驗，合格后進(jìn)行下道工序。

（5）填料夯擊：提升柱錘高出填料口，進(jìn)行碎石填充、夯擊，測三擊貫入度符合設(shè)計要求（≤15cm）后，再填入干硬性混凝土夯擊。

（6）在護(hù)桶填料口向護(hù)桶內(nèi)灌注混凝土，灌注混凝土標(biāo)高比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出0.5m，緩慢勻速提升護(hù)桶。

5.1.2 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）樁孔的垂直度不大于樁長的1.5%。

（2）樁位允許偏差不大于0.4倍的樁徑。

（3）樁徑允許偏差為－20，＋50mm。

（4）載體干硬性混凝土控制在0.3m3以內(nèi)，三擊貫入度不大于150mm。

（5）對于樁身混凝土已達(dá)到終凝的相鄰樁，上浮量不宜大于20mm；對于樁身混凝土處于流動狀態(tài)的相鄰樁，上浮量不宜大于50mm。

5.2 夯擴(kuò)碎石樁

5.2.1 施工工藝

（1）準(zhǔn)備工作：施工放線、定樁位、試機(jī)等。

（2）樁機(jī)就位，調(diào)整樁機(jī)垂直度。

（3）根據(jù)試驗報告推薦的參數(shù)，進(jìn)行以下工序：

①成孔孔底高程按高于設(shè)計樁底高程0.2m為宜。

②先用細(xì)長錘低落距輕夯成孔，護(hù)桶同時下壓，邊成孔邊下壓護(hù)桶直至將護(hù)桶沉至設(shè)計樁底標(biāo)高以上1.0～1.5m。

③提升柱錘高出填料口，進(jìn)行填料，要求分層填料夯擊，以量斗定量，每次填料量0.20m3，填充料為碎石和碎磚。

④樁頂至樁頂高程以下2m段，每次填料柱錘提升高度為2m，夯擊5次；樁頂高程以下2m至樁底以上0.5m，每次填料柱錘提升高度為5m，夯擊4次；樁底以上0.5m至樁底段，每次填料柱錘提升高度為5m，夯擊5次；控制單擊貫入度不大于15cm，且后一次貫入度不大于前一次貫入度。

⑤提護(hù)桶：護(hù)桶提升時要緩慢勻速，保證樁體符合設(shè)計要求。

⑥檢測：成孔后進(jìn)行孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深、樁頂標(biāo)高等檢驗，合格后進(jìn)行下道工序。

5.2.2 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

施工過程中按規(guī)范要求做好各種施工技術(shù)參數(shù)的原始記錄，質(zhì)檢員隨時進(jìn)行施工過程檢查，并對預(yù)定的施工工藝進(jìn)行質(zhì)量評定。

（1）樁孔的垂直偏差不大于樁長的1.5%。

（2）樁位允許偏差不大于0.4倍樁徑。

（3）每次填料量約為0.20m3。

（4）夯擊過程中對單擊貫入度進(jìn)行抽檢，單擊貫入度不大于15cm。

（5）最后三擊貫入度不大于10cm。

6 樁基檢測

工程樁竣工后，分別對進(jìn)口和出口的夯擴(kuò)混凝土樁和夯擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行載荷試驗檢測，對樁身進(jìn)行了低應(yīng)變樁身完整性檢驗，檢測數(shù)量滿足規(guī)范要求，檢測結(jié)果為①各單樁復(fù)合地基承載力特征值大于208kPa，滿足設(shè)計要求（≥200kPa）；②抽檢的工程樁全部為I類完整樁，單樁的波速范圍為3656～3946m/s，平均值為3788m/s。

7 經(jīng)濟(jì)比較

工程結(jié)束后，進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析與比較，發(fā)現(xiàn)此方案比振沖碎石樁方案節(jié)約投資約30%，比CFG樁方案節(jié)約投資約20%。

8 結(jié)語

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁是一種新興的地基處理方法，其理論尚不成熟，工程實踐較少，實際施工過程中會遇到各種各樣的問題，成孔和成樁工藝及處理效果直接受到土質(zhì)條件和地下水的影響，因此施工中進(jìn)行試樁及相應(yīng)的試驗非常必要。但本工法工藝簡單，樁體材料可就地取材，且價格低廉，當(dāng)制定出完善的設(shè)計和施工方案后，仍不失為一種經(jīng)濟(jì)有效、值得推廣的地基處理方法。

［1］《工程地質(zhì)手冊》編寫委員會.工程地質(zhì)手冊（第四版）［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］JGJ/T135—2001，J121—2001，復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計規(guī)程［S］.

［3］《地基處理手冊》編寫委員會.地基處理手冊［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.