小口径灰土挤密桩在引洮工程地基处理中的应用

薛陇平

（1.甘肃省引洮水利水电开发有限责任公司，730000，兰州；2.甘肃省引洮工程建设管理局，730000，兰州）

一、工程概况

正在建设中的甘肃省引洮供水一期工程由110.47 km长的总干渠以及总长520 km的干渠、灌溉支渠、城镇供水管线等构成。总干渠工程以隧洞为主要建筑物，隧洞连接段建筑物主要为暗渠及渡槽。总干渠引水设计流量32 m3/s，工程年调水总量 5.5 亿 m3。

引洮供水工程线路长，跨地域范围大，穿越流域多，工程地质条件复杂多变。湿陷性黄土地基多位于一期工程总干渠下段9A～15号隧洞间连接段、干支渠段和二期工程中，一期工程总干渠90%左右的暗渠基础为湿陷性黄土。暗渠工程地基基础地层为第四系黄土类土及粉质壤土，渠基大多数位于湿陷性土层中，主要由第四系黄土类土构成，所涉及的地层主要为第四系各类松散堆积物，有黄土堆积、河谷及山前盆地堆积两类，主要由轻粉质壤土、砂壤土、粉质壤土、风积黄土、黄土状壤土构成。这些土质的最大工程地质问题是湿陷性，湿陷性土层厚度为2.6～15m，总湿陷量 202～1378mm。

二、挤密桩设计

1.挤密桩方案选择

根据地质勘察成果和计算，暗渠基底应力为85～210kPa，与明渠基底应力值50～60kPa相比，增加值较大。其中大部分暗渠基底应力已接近或超过地基土的允许承载力，特别是隧洞进出口段的暗渠超出地基土允许承载力值较高。因此，明渠基础原土翻夯0.5～3.0 m的处理方案已不能满足要求，必须采取可靠的工程处理措施消除湿陷性，并提高承载力，才能保证渠道建成后的运行安全。经参照同类工程湿陷性黄土地基处理的成功经验，并经综合技术分析，考虑施工简便快捷、效果可靠等因素，暗渠湿陷性黄土地基处理选用3∶7灰土和2∶8水泥土挤密桩法。

2.主要参数确定

设计采用桩体直径20 cm、中心距40 cm与桩体直径40 cm、中心距80 cm的两套挤密桩方案进行比选。根据投资分析同时考虑到本工程暗渠渠基为带状分布，渠基开挖宽度为6～7m，为提高桩间土的挤密效果，最终设计选用小口径挤密桩，直径为20 cm。

根据相关规范和规程，暗渠挤密桩桩间土平均挤密系数应不小于0.9，挤密桩中心间距选择40 cm、50 cm及60 cm进行比选。经现场打孔试验，中心距为50 cm和60 cm时桩间土平均挤密系数均小于0.9，不满足设计要求；而中心距为40 cm时桩间土平均挤密系数大于0.9，满足设计要求。因此，挤密桩中心间距采用40 cm，梅花形布置。

采用挤密桩处理主要目的是消除渠基下湿陷性土层的湿陷性并提高承载力。本工程暗渠渠基挖深一般大于5 m，渠基处理的宽度对开挖量影响较大，从减小处理宽度及提高承载力考虑，挤密桩填料采用3∶7灰土和2∶8水泥土，具体为：在山坡及旱耕地受地下水影响较小的渠段采用3∶7灰土，沟谷阶地内水浇地受灌溉回归水影响较大的渠段采用2∶8水泥土，同时挤密桩处理深度确定为5 m。

挤密桩施工采用柴油冲击锤锤击沉管造孔，导杆式夯填机夯填填料。

三、桩施工工序及方法

1.施工工序

暗渠开挖→地基整平→填料拌和→桩位放线→一序孔开孔→夯填水泥土 （灰土）→三序孔开孔→夯填水泥土 （灰土）→二序孔开孔→夯填水泥土 （灰土）→质量检测→摊铺水泥土（灰土）垫层→碾压→质量检测。

2.施工方法

①暗渠开挖。挤密桩顶预留不小于50 cm保护层，开挖面用推土机整平，然后桩位定点放线，梅花形布置。

②开孔。为保证成孔质量，施工机具必须精确就位，开孔深度为5.5 m，每一排孔分三序间隔开孔。

③一序成孔后及时连续夯填填料。孔内填料前先检查是否有塌孔，并将孔周边虚土铲除或采用其他材料保护，以防边土进入孔内。本工程填料中的土料采用原位黄土，土料的含水量控制在14%～18%。拌和后填料的含水量在现场可按“一攥成团，一捏即散”的原则进行鉴别。孔内填料每次下料厚度 30～40cm，先轻夯 3～5 次，然后重夯（夯锤落距不小于60 cm）不少于8次，填料桩长按不小于5.2 m控制。一序完成后按上述方法依次进行三序孔和二序孔的施工，并对桩身灰土和桩间挤密土的干密度、压实系数、挤密系数进行取样检测，对达不到要求的地段分析原因，进行补桩。

④碾压整平。铲除开挖预留的50cm保护层（包括超出开挖面的20cm水泥土或灰土桩），铺2∶8水泥土或3∶7灰土垫层 （按设计图要求铺设），采用25 t平碾碾压垫层至暗渠底板下层底弧中心线建基高程，垫层底弧两侧及不平整部位采用蛙式打夯机夯实，补碾压3～5遍。

垫层完工后，表面铺垫20 mm厚的M10水泥砂浆保护层，然后进行暗渠混凝土浇筑施工。

四、处理效果

1.检测内容及方法

（1）复合地基承载力检测

本次检测采用了多桩复合地基静载荷试验方法，每段共进行6个点的多桩复合地基静载荷试验检测，承压板采用刚性承压板，底面积为0.42 m2和 0.56 m2（3 根、4 根灰土或水泥土挤密桩所承担的处理地基面积），承压板底标高为桩顶设计标高。检测最大加荷量按不小于复合地基设计承载力的2倍考虑，具体为3个点的最大加荷量分别为480 kPa和400 kPa（设计最大加载压力大于设计要求压力值200 kPa的2倍）。

静载荷试验检测采用慢速维持荷载法，即逐级加荷，每级加荷量为预估最大加荷量的 1/10～1/12（40kPa）。第一级可按2倍分级荷载加荷，每级加荷前后各测一次沉降量，以后每隔30 min测记一次，当1 h内沉降量小于0.1 mm时，认为已达到相对稳定，即可加下一级荷载，同时观测每级荷载下复合地基的下沉量，直至达到预计最大加荷量（400 kPa、480 kPa）或达到破坏状态，然后按每次加荷值的2倍进行分级卸荷至零。

（2）湿陷性及渗透性检测

检测的方法是采用现场试坑浸水试验。在已完成的挤密桩复合地基上挖浸水坑，并在浸水坑内外设置观测自重湿陷的深、浅标点。

具体检测试验方法是在已完成挤密桩的地基上，挖5 m×5 m的方形浸水坑，坑深度60 cm，坑底铺设10 cm厚砾石，并在试坑周边铺设塑料布，防止向外渗水。试坑浸水前，在坑底面布置了孔径为100～150 mm、孔深为2.0 m的注水孔7个，注水孔间距2 m，梅花形布置，注水孔内填满砾石。为观测浸水后试坑内外地面和深层土的湿陷变形，在坑底中部及同边对称设置5个观测自重湿陷的深标点，其中3个深标点设置深度自坑底向下6.0 m，2个自坑底向下3.0 m。在试坑底部，由中心向坑边4个方向，设置观测自重湿陷的浅标点4个；在试坑外沿浅标点方向15 m范围内设置观测自重湿陷的浅标点10个，另在距试坑边缘约30 m处设置了沉降观测基准点。试坑内浸水后，水头高度保持40 cm，并测量注入的水量，在浸水过程中，观测湿陷量、耗水量、浸湿范围和地面裂缝。湿陷稳定可停止浸水，其稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于1 mm/d。试坑内停止浸水后，继续观测不少于10天，且连续5天的平均下沉量不大于1 mm/d。

2.检测结果

（1）多桩复合地基静载荷试验检测

检测的3处渠基段，通过多桩复合地基静载荷试验，使用2∶8水泥土和3∶7灰土挤密桩处理过的地基，在天然含水量状态下，承载力特征值均达到220～240 kPa，满足设计要求。

（2）湿陷性及渗透性检测结果

①杨家坪黄土状粉质壤土渠基段：3∶7灰土挤密桩复合地基试坑浸水试验共进行22天，其中浸水观测12天，停水后观测10天。浸水坑耗水量共计10.39 m3，平均耗水量约0.87 m3/d，按浸水坑面积计算，单位面积耗水量约0.42 t/m2。浸水坑内未处理过的深层土自重湿陷量为12.7～16.3 mm；埋深3.0 m的深层土自重湿陷量较小，为 8.9～10.1 mm；试坑坑内地面的自重湿陷量为7.1～8.9 mm；坑外地面的自重湿陷量为0.3～3.6 mm。浸水时浸水坑周围地面浸湿速度很缓慢，浸水停止时，浸湿范围距浸水坑外边缘最远距离为1.23～1.52 m，浸水坑周围地面在浸水试验期间未产生地面裂缝。

②香泉轻粉质壤土渠基段：2∶8水泥土挤密桩复合地基试坑浸水试验共进行26天，其中浸水观测15天，停水后观测11天。浸水坑耗水量共计8.61 m3，平均耗水量约0.57 m3/d，按浸水坑面积计算，单位面积耗水量约0.34 t/m2。浸水坑内未处理过深层土的自重湿陷量为 15.3～18.0 mm；埋深3.0 m的深层土自重湿陷量较小，为9.4～10.6 mm；试坑坑内地面的自重湿陷量为6.6～8.1mm；坑外地面的自重湿陷量为0.3～5.2mm。浸水时浸水坑周围地面浸湿速度很缓慢，浸水停止时，浸湿范围距浸水坑外边缘最远距离为1.15～1.33m，浸水坑周围地面在浸水试验期间未产生地面裂缝。

③马河黄土状粉质壤土渠基段：3∶7灰土挤密桩复合地基试坑浸水试验共进行27天，其中浸水观测13天，停水后观测14天。浸水坑耗水量共计11.01m3，平均耗水量约0.85m3/d，按浸水坑面积计算，单位面积耗水量约0.44 t/m2。浸水坑内未处理过深层土的自重湿陷量为 17.7～18.8 mm；埋深3.0 m的深层土自重湿陷量较小，为 9.2～10.0 mm；试坑坑内地面的自重湿陷量为5.5～7.8 mm；坑外地面的自重湿陷量为 0.3～4.2 mm。浸水时浸水坑周围地面浸湿速度很缓慢，浸水停止时，浸湿范围距浸水坑外边缘最远距离为 1.47～1.62 m，浸水坑周围地面在浸水试验期间未产生地面裂缝。

五、结 语

通过现场施工和对挤密桩复合地基处理总体效果的检测试验证明，采用桩体直径20 cm，桩体中心距40 cm，梅花形布置，桩体深度5 m，填料为3∶7 灰土（或 2∶8 水泥土）的小口径挤密桩，对湿陷性黄土地基进行处理后，效果显著，可靠有效，既消除了处理深度范围内土层的自重湿陷性，又提高了地基承载力，施工技术成熟，简单快捷，处理质量能够保证，对周边环境影响较小。同时地基挤密与混凝土浇筑可连续施工，进度快，干扰少，是适宜采用的地基处理方式。

[1]甘肃省引洮供水一期工程总干渠杨家坪段、香泉段、马河段暗渠复合地基工程检测报告[R].2008.