素土挤密桩在金沙滩水库湿陷性坝基处理中的应用

张立民，池建军，赵 健

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 金沙滩水库简介

1.1 工程概况

金沙滩水库是山西省万家寨引黄入晋北干线工程线路上的一座平原调节型水库，位于朔州市怀仁县新家园乡金沙滩村与吴家窑镇移民新村之间，库址紧邻引黄北干输水线路，库区地形较平缓，总体呈西北高东南低。水库为半挖半填型，坝轴线总长3 992.60 m，平面呈东北-西南向的近椭圆形状，坝体为碾压均质土坝，采用复合土工膜全库盆防渗。

金沙滩水库主要功能是调节引黄水量，保证8—9月停止引水期间向大同和怀仁供水；当输水线路因意外事故而中断供水时利用水库向山阴、怀仁持续供水。水库总库容1 120.21万m3，调节库容1 005.00 万 m3。

1.2 工程地质

金沙滩水库位于中国湿陷性黄土工程地质分区的IV山西冀北地区，坝基土主要为低液限粘土、低液限粉土和粉土质砂。根据勘察结果，确定坝基土具有湿陷性，清基后坝基为非自重-自重湿陷性场地，湿陷土层下限深度为1.50～12.50 m，湿陷等级多为Ⅰ级（轻微）～Ⅱ级（中等），局部为Ⅲ级（严重）。湿陷等级为Ⅰ级（轻微）的湿陷土层厚度为0.50～7.00 m，平均厚度约为3.30 m；湿陷等级为Ⅱ级（中等）的湿陷土层厚度为3.60～12.10 m，平均厚度约为7.50 m；湿陷等级为Ⅲ级（严重）的湿陷土层厚度为10.40 m。其中，库坝区地基土的湿陷下限为第四系上更新统卵石混合土、混合土卵石层的顶面。

水库蓄水后，坝基饱和Q3pl土存在震动液化问题。液化土深度一般为8.50 m，深度为8.50～11.00 m的局部土轻微液化。

2 素土挤密桩在金沙滩水库湿陷性坝基处理中的应用

2.1 素土挤密桩设计

根据地质情况，考虑库区采用复合土工膜全库盆防渗后，基础处理以处理土的湿陷性为主、液化为辅。经多方比选，选用素土挤密桩来消除坝基湿陷性，处理的标准按非自重湿陷Ⅰ级（轻微湿陷性）标准控制。

桩内填土采用素土即库区开挖土，桩径为400mm，梅花形布置。根据多方讨论，确定对无湿陷性场地及非自重Ⅰ级（轻微）湿陷性场地不进行基础处理；对Ⅰ级非自重湿陷性基础、10 m以上坝高的坝基进行处理，桩间距为1.4 m，桩长约5 m；对非自重Ⅱ级（中等）、自重Ⅱ级（中等）和自重Ⅲ级（严重）湿陷性场地等进行基础处理，桩距均为1.2 m。坝基处理特性，见表1。

坝轴线长3 992.6 m，处理坝轴线长3 080.6 m。处理桩长为计入顶部50 cm后的长度，共计135.97万m。

表1 坝基处理特性

2.2 素土挤密桩施工要点

2.2.1 施工程序

由于素土挤密桩桩距较小，为防止成孔及夯实过程中出现塌孔现象发生，采用隔点施工，其施工工艺流程如下：

场地整平→桩位放线→钻机就位→桩点校验→成孔→孔底夯实→填土夯实→成桩。

2.2.2 施工方法

挤密桩成孔主要采用两种方法：锤击沉管成孔和冲击成孔。

钻孔完成后，将孔内杂物、积水和落土清理干净，夯填前检查孔径、孔深、孔的倾斜度和孔的中心位置，合格后进行夯填施工。夯实机就位，保证夯锤能垂直落入孔底。回填土料前，对桩孔底部进行夯实，直至孔底发出清脆夯击声音后，开始回填土料。最后一层土料夯击的高程要比设计桩顶高出20～30 cm，以保证桩头质量。

2.2.3 技术要求和质量控制

（1）填夯施工前，应进行现场试验，严格按照试验确定的参数进行施工。

（2）向孔内填料前，孔底应夯实，并应抽样检查桩孔的直径、深度和垂直度。桩孔的垂直度偏差不宜大于1.5%；桩孔中心点的偏差不宜超过桩距设计值的5%。

（3）在保证填料的含水量接近或等于最优含水量的状态下，定量分层夯实。

（4）成孔挤密由外向里、间隔分批进行，成孔后应立即进行夯填，设计开挖面以上应予留0.5m松动层。

（5）填料、夯击交替进行，均匀夯击至设计标高以上20～30 cm时停止。桩顶至地面间的空档可采用素土夯填轻击处理，待基础处理完成时，将超出设计桩顶的桩头及予留松动层挖掉。

（6）坝基处理控制指标：桩体压实系数≥95%，桩间土挤密后的平均挤密系数≥0.93，桩间土和桩孔内湿陷性系数ζs＜0.015（即按轻微湿陷性标准控制）。

2.3 质量检验

2.3.1 桩身夯填质量检验

根据现场监理工程师划分的单元工程按总桩数的0.5%进行抽样随机检查。检验方法采用小环刀深层取样检验法。检测点位置选在距孔心2/3半径处。

2.3.2 桩间土挤密质量检验

根据现场监理工程师划分的施工单元工程按三桩为一组，取总组数的1%进行抽样随机检查。检验方法采用小环刀深层取样检验法。检测点位置选在三桩为一组的重心处半径15 cm范围内。

通过检测，处理后的坝基一般为I级（轻微）湿陷性场地或无湿陷性场地，其中竖井IIZ2和竖井IIIZ2为自重II级（中等）湿陷性场地，处理效果未达到标准，需进行补强处理。

3 结论

素土挤密桩对坝基的挤压效果较好，基本消除了坝基土的湿陷性；且施工简单，速度较快，造价低，比其他地基处理有明显优点，但施工前应做好现场试验以确保满足设计要求的施工参数；坝基湿陷性处理在库区采用复合土工膜全库盆防渗后按轻微湿陷性标准控制是可行的，同时降低了工程投资，缩短了施工工期。