素土擠密樁在渠道濕陷性黃土中的應(yīng)用

劉忠良

（河北省水利工程局，石家莊 050023）

1 工程背景

南水北調(diào)中線工程渠漳古段SG3標(biāo)道樁號74+660至75+095段屬于I型（輕微）—II（中等）級濕陷性黃土場地。該段渠道筑堤工程早已完成施工，后發(fā)現(xiàn)該段黃土地基具有濕陷性，不僅在南水北調(diào)工程中具有代表性，在其他水利工程中特別是處理舊有渠道地基問題上也具有廣泛的代表性。由于該段屬于筑堤完成后發(fā)現(xiàn)黃土的濕陷性，且該段筑堤高度在原地面以上均超過了6m，選擇方案時面臨著巨大的土方工程量增加的困難，加之南水北調(diào)中線工程工期和工地周邊土源緊張導(dǎo)致外購?fù)晾щy，給解決該地基問題帶來了諸多制約因素。

擠密樁施工也存在較多問題和難點，如土的含水量較大或較小，擠密層下部難以掌控。含水量較小時容易發(fā)生塌孔，遇上地基中大塊孤石、墓穴、木材導(dǎo)致傾斜也是常見問題；擠密土含水量較大時還會發(fā)生縮孔現(xiàn)象，筑堤的沉降參數(shù)與擠密樁的密度通過試驗和經(jīng)驗控制仍面臨著諸多影響因素。

2 素土擠密樁機理

素土擠密樁是通過成孔設(shè)備所產(chǎn)生的橫向擠壓作用形成樁孔，樁孔內(nèi)的土被擠向四周，使樁間土得以擠密，然后將備好的素土分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯實至設(shè)計標(biāo)高。擠密的樁間土和密實的樁體土兩者共同組合形成復(fù)合地基，共同承受基礎(chǔ)的上部荷載，以消除地基土濕陷性、安全性、沉降性問題為目的，以土治土就地取材的辦法提高承載力。

3 素土擠密樁法施工工藝

采用素土擠密樁法，首先考慮的是選取合理的機械設(shè)備，然后施工前必須進行試樁、原位測試和室內(nèi)分析試驗，目的是在實驗過程中對施工原始數(shù)據(jù)進行記錄，對記錄數(shù)據(jù)分析、比較，確定最終的施工參數(shù)，用于指導(dǎo)施工。

3.1 機械設(shè)備

選用合理的施工機械設(shè)備，在整個施工過程中至關(guān)重要，適合南水北調(diào)較大工程量的地基處理，且能滿足施工質(zhì)量和進度的需要。設(shè)計圖紙對樁徑、處理深度的要求直接影響選擇大型、中型還是小型的樁機，盡可能優(yōu)先選用履帶式柴油打樁機（型號W1001）、3t柴油錘，這種中小型設(shè)備最能節(jié)省投資。

3.2 工藝試驗

施工前，選擇施工機械設(shè)備進行試樁、原位測試和室內(nèi)試驗是尤為重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)實驗成果取得施工參數(shù)指導(dǎo)后續(xù)施工。首先設(shè)計要求的平均擠密系數(shù)，若設(shè)計指標(biāo)為0.93以上即可，擠密樁的實驗應(yīng)挑選1.3m×1.3m和1.0m×1.0m兩種孔距進行試驗；若設(shè)計指標(biāo)為0.95以上，應(yīng)試驗0.8m×0.8m和1.0m×1.0m兩種孔距能否滿足設(shè)計要求。樁徑和處理深度看設(shè)計要求，孔徑盡量選擇400mm以內(nèi)，超過400mm孔徑的樁機重量較大，進場費用高，不適合渠道長距離移動施工的工作面。

擠密樁試驗的布樁試驗施工完成后，在土擠密樁形成強度7d后，應(yīng)委托第三方檢測機構(gòu)進行檢測，檢測從處理面起至設(shè)計深度每隔1m取樣，進行室內(nèi)土工試驗，檢測項目有：土的含水量、密度、比重、飽和度、孔隙率、液限、塑限、壓縮系數(shù)、塑性指數(shù)、壓縮模量、抗剪強度、濕陷系數(shù)。在設(shè)計指標(biāo)能夠滿足的情況下盡可能使樁間距增大以節(jié)省投資，若不能滿足，則繼續(xù)縮小樁間距或增大孔徑。取樣完成后的取樣孔回填中粗沙，灌水沉降穩(wěn)定。依靠此實驗確定滿足設(shè)計參數(shù)后，才能進入正式施工。

3.3 布孔

對于渠道已經(jīng)筑堤的實際情況，布孔又要涵蓋所有筑堤所占用的原地基基礎(chǔ)。搭設(shè)的施工平臺應(yīng)達(dá)到同筑堤的底寬，選擇優(yōu)異的施工方案來布孔。首先要調(diào)查周圍土源的情況，如需外購?fù)羴泶钤O(shè)施工平臺，則要計算外購量與單價綜合對比拆堤的投資哪個更節(jié)約。

南水北調(diào)中線工程漳古段SG3標(biāo)段在外購?fù)猎摧^遠(yuǎn)、工程量大的情況下，外購樁身回填所需土料最為經(jīng)濟，平臺采取拆除上部分筑堤結(jié)構(gòu)，平整為擠密樁施工作業(yè)平臺后進行布孔。布置形式采取三角形，根據(jù)坐標(biāo)點對樁位準(zhǔn)確定位，并進行標(biāo)示，做好施工記錄，樁位偏差控制在20mm以內(nèi)。

3.4 成孔

采用沉管法成孔，成孔順序由外向里間隔1孔進行，應(yīng)注意避免因震動擠壓造成相鄰孔縮孔或坍塌，樁管上用紅油漆畫醒目的橫線，保證達(dá)到設(shè)計要求深度。樁孔重心點的偏差不超過樁距設(shè)計值的5%，樁孔垂直度偏差應(yīng)小于1.5%。樁孔直徑允許偏差不超過設(shè)計值-20mm。樁長允許偏差+0.5m，施工現(xiàn)場對成孔孔徑、孔深及樁位偏差做好詳細(xì)記錄。

（1）樁機安裝平整穩(wěn)固就位后，吊起樁管對準(zhǔn)樁位，在樁管與樁錘間墊好緩沖材料后緩緩放下，使樁管、樁尖、樁錘于同一條直線上，借錘擊力及樁管自重將樁管壓入土中。

（2）樁尖開始入土?xí)r，先低錘輕擊，待沉入土中1～2m后用預(yù)定的速度、落距、錘擊沉管至設(shè)計高程。

（3）夯擊沉管時，當(dāng)樁的傾斜度超過1.5%時，拔管填孔重打，出現(xiàn)樁孔斜移、樁靴損壞等情況，及時回填擠密重打，成孔拔管后應(yīng)及時檢查樁尖。

（4）用柴油錘沉樁至設(shè)計深度后，立即關(guān)閉油門，及時勻速拔管，有困難時可轉(zhuǎn)活樁管后拔出，并立即測量樁孔直徑和深度，樁孔直徑允許偏差不超過設(shè)計值-20mm，樁長允許偏差+0.5m。

（5）成孔后清底夯實、夯平，夯實次數(shù)3～5擊，成孔后進行孔重心位移、垂直度、孔徑、孔深檢查。檢查合格后進行嚇到工序，若成孔后不能及時施工，必須對齊進行覆蓋保護。

3.5 回填素土夯實

填料使用就地挖取的一般黏性土，土料應(yīng)過篩，篩孔不宜大于20mm，不含有凍土塊、膨脹土和雜土，有機質(zhì)含量小于5%，保持土料的最有含水率。

采用偏心輪夾桿夯機夯填，夯填順序同成孔順序，夯填垂直直徑30cm夯錘重量120kg，提升高度0.5m。填料時，分層回填夯實，壓實度大于0.97。夯機就位后應(yīng)保持平穩(wěn)，夯錘正對樁孔，自由下落到孔底。按照取得施工參數(shù)進行控制，施工中成孔清底夯實、夯平，夯擊次數(shù)為4擊，夯填土分層夯實填筑，每次填料0.08m3，留好夯擊記錄用來控制參數(shù)和質(zhì)量。

4 工藝優(yōu)勢和效益分析

本工程采用強夯法施工處理濕陷性黃土地基。強夯法的優(yōu)點為施工簡單、效率高、工期短，對濕陷性黃土的濕陷性消除的深度較大；缺點是震動和噪音污染大，處理渠道筑堤基礎(chǔ)必須是未筑堤或拆除已筑堤才能施工。強夯法又稱為動力固結(jié)法，是利用重力機械將重8～30t的夯錘吊起一定高度后釋放，重錘從高出自由下落對地基產(chǎn)生強大的沖擊能，在地基土中產(chǎn)生巨大的應(yīng)力波來破壞土體原有的大孔隙結(jié)構(gòu)，使土體鋸補發(fā)生液化，并產(chǎn)生許多裂痕，增強排水通道，使孔隙水逸出，待孔隙水壓力消散后，土體重新固結(jié)，提高承載力的過程。但本標(biāo)段濕陷性黃土處理深度8.5m，若處理已筑堤渠段（74+660～75+095段），只能將筑堤進行拆除后再強夯作業(yè)，勢必增加開挖回填工程量，工期增加、成本增加；強夯施工還會影響周邊村莊的生活，影響村莊房屋的安全。

除了強夯以外翻壓也是處理濕陷性黃土的一種處理方案，在沒有確定擠密樁方案前，渠段（74+660～75+095）與之相鄰的上游渠段采用翻壓施工。翻壓施工時不會產(chǎn)生振動波和噪音污染，但施工時將處理深度內(nèi)的土全部挖出再進行碾壓回填。本工程取土綜合運距4.5km，施工周期長、成本高，其沿線存在較多軟弱地基，換填、翻壓的處理方案非常普遍。

通過實際施工 （理論計算工程量相同施工渠段74+660～75+095段），可將強夯法、翻壓法、素土擠密樁法進行綜合對比，如表1。

表1 綜合對比效益

由表1可知，素土擠密樁法投資少，工期短，沉降期不耽誤工期，且沒有環(huán)境影響，是最優(yōu)施工方案。

5 結(jié)語

通過漳古段SG3標(biāo)段實際對比，素土擠密樁方案可以減少14個月以上，綜合經(jīng)濟效益超過497萬元，節(jié)省了投資；減少了環(huán)境污染及取土征地給附近村民帶來的影響，為水利工程施工行業(yè)提供借鑒參考價值。