灰土挤密桩法在南水北调工程施工中的应用

□袁 波（河南省水利第一工程局）

0 前言

灰土挤密桩使用爆扩、冲击、沉管等方法挤土成孔，成孔后，使用灰土进行夯填，然后形成灰土成桩，在成桩的过程中，通过对成孔过程中横向挤压作用，把桩孔中的土挤向四周，从而使得桩间的土被挤密，然后在桩孔中把备份好的灰土分层填入。并分层夯实至设计标高,用灰土分层夯实的桩体称为灰土挤密桩。灰土挤密桩复合地基在工程中提高地基承载力，减小沉降，部分或全部消除地基土湿陷性。

1 工程简介

南水北调中线一期工程在河南荥阳市境内，由河南省水利第一工程局承建。渠线上分布有岗地、河谷，是由淮河和黄河冲积的平原，整体的地势为南高北低、西高东低。沿线空间随机分布了黄土状的土湿陷性。无论是垂直方向还是水平方向都不是非常的均匀，在渠段中，只有少部分的区域属于自重时陷性黄土，大多数的黄土属于非自重湿陷性黄土。场地的湿陷类型属于非自重湿陷性黄土场地，大多数的地基湿陷等级为I级（轻微）。上更新统冲洪积成因（alplQ3）的黄土状土多属于中等或者轻微湿陷性，部分区域具强湿陷性，湿陷起始压力一般10～200kPa，湿陷深度一般为3～8m；全新统冲积成因（alQ4）的黄土状土大部分属于中等湿陷性，湿陷的深度在2～4m左右。黄土状土在自然的状态下强度相对来说比较高，抗冲刷能力不高，由于黄土状具有湿限性，在遇到水后会出现湿陷变形的情况，强度会显著降低，会对地基土的强度和渠道边坡的稳定性造成比较大的影响。

2 灰土挤密桩法特征及其适用范围

2.1 灰土挤密桩法特征

灰土挤密桩法主要是使用横向成孔设备进行成孔，对桩间土进行挤密，然后在孔内分层填入灰土，并进行夯实制成灰土桩，和桩间土共同组成复合地基。和其他的地基处理方法相比，灰土挤密桩法特点：①和土垫层相比，不需要对地基进行开挖，节省了地基的开挖和回填的工作量，提高了施工的速度；②灰土桩是使用横向挤密的方法进行施工，可以满足加密处理后，最高干密度的指标；③可以就地选择填入桩孔中的材料；④施工不需要考虑回填和开挖，可以处理13~16m左右的深度。

2.2 灰土挤密桩法的适用范围

灰土挤密桩法主要在地基为素填土、湿陷性黄土、杂填土等地基上使用，可以处理的地基深度为6~21m，在施工的过程中，如果需要提高水稳性或者地基的承载力，可以使用灰土挤密桩法进行施工，在地基饱和度在66%以上，水的含量在25%以上时，不可以使用灰土挤密桩法。

3 灰土挤密桩法在南水北调工程施工中的应用

根据南水北调中线一期工程荥阳段设计文件要求，堤身基础湿陷性黄土区域采用挤密灰土桩处理。

3.1 成孔工艺

在进行成孔施工的过程中，冲击成孔和沉管成孔的方法使用的比较普遍，不过两种成孔工艺都有其特定的施工环境，在居民比较集中或者城乡建设的地区一般不允许使用，比如在新建场地多使用锤击沉管成孔。在对以上方法进行选择的时候，要从成孔设备、设计要求、环境情况、施工场地的土质情况来进行综合考虑，工程经过研究决定，使用Km2-12000A型振动沉桩机沉管成孔。沉桩机用直径400mm钢管打入土中拔管成孔，桩管顶设桩帽，下端作成60°锥形活动桩尖，施工前在钢管上标出控制深度标记，以便施工中进行钢管深度观测。在沉管成孔施工中，要保持桩机就位必须平稳，不发生移动或倾斜，桩管应对准桩位。沉管开始阶段应轻击慢沉，待桩管方向稳定后再以正常速度沉管。在桩顶设计标高以上预留50cm覆盖土层。在拔管和成孔的时候，会使桩顶出现松动的情况，所以在施工前，要根据施工方法和成孔设备预留出相应的松动土层，桩孔回填完成后，要根据设计要求对其进行处理。

3.2 加固地基土中水的含量

在对桩间土和成孔施工进行挤密时，拟处理地基中水的含量非常关键，经过施工证明，当饱和度>75%，水的含量>24%时，会出现桩周土隆起和桩孔收缩颈的情况，挤密效果非常不好，当天然土中水的含量低于12%时，土质非常坚硬，在进行挤孔非常困难，而且会损坏设备。在天然土中水的含量接近最佳含水量时，可以得到比较好的桩间土挤密效果，所以在成孔的过程中，要把拟处理基土中水的含量控制在最佳的状态。

3.3 桩孔夯填施工

①夯实成桩时，首先要对夯机进行固定，并照准桩孔的中心，然后分别进行底夯、填料、夯实填料、至设计桩顶标高、移动夯机的位置。②要对桩孔内的积水和杂物进行清除，将孔底夯实后，才可以进行填料。要根据规定要求的数量进行人工填料。为确保处理深度的有效性，首先要对底部进行夯填，夯击的次数为8次，填料夯实要在听到清脆锤声后进行。③夯实机就位后确保夯机的稳定性，要保证夯锤可以自由的落入到孔底。④要使用符合规定标准的土料，为了保证土块的颗粒直径在15mm以内。土料使用前要进行过筛。⑤为确保灰土中水的最佳含量，对灰土中水的含量进行测量，在灰土含水量在最佳含水量19.50%的± 2%以上时，要立即进行晾晒和洒水。⑥生石灰一般要消解4d左右，消解完成后，对石灰进行过筛，要把石灰的粒径控制在5 mm以内，在石灰中，不可以含有没有熟化的生石灰，石灰的质量要在三级以上，Cao+Mgo的活性成分要在一半以上。⑦按照3：7的比例对灰土进行拌和，要保证拌和灰土颜色的一致性和拌和的均匀性，不允许使用隔天拌和的灰土。⑧施工过程中，夯锤的高度为2.10~2.60m，分层填料的厚度为36cm。每层夯击的次数为七次，在有清脆声传出后，才可以对上一层的填料进行夯实，桩孔的夯填高度要控制在设计桩顶30cm以上。在桩顶的上方预留出厚度为50cm的土层，施工完成后，挖除表层挤松的土。⑨使用斗车填料的方法进行灰土填料，在开始前，要先把铺填的厚度所需要的料量计算出来，然后把料放到斗车中，并对斗车内部的边缘四周进行周线性标记，并根据标记进行填料。为了避免填料出现倾洒的情况，要在孔口设置漏洞。

4 施工中常见的质量问题和质量检测

4.1 常见的质量问题

第一，在进行夯打时，经常会遇到涌水、渗水和积水的情况，此时可以将水从地表中排出来。第二，在夯打的过程中，如果出现了堵塞、缩径、孔壁坍塌、挤密成孔困难时，要按照成孔的基本顺序进行施工，对桩的挤密范围进行控制，打一个孔要填一个孔，为了保证含水量可以接近最佳含水量，当水量过低时，要先对其进行浸水，含水量高过高时，要使用干水泥、生石灰块、粉煤灰、干砂填入孔中。第三，在施工的过程中，深度不够时，要对水下部分进行整改，从而对此问题进行弥补，如果遇到障碍物，要先使用洛阳铲将障碍物挖除，或者在周围增加桩数。

4.2 质量检测的方法

对于普通的工程来说，只需要对全部深度的桩间土和内桩体和施工记录进行检查，对于比较重要的工程来说，还需要对整个处理深度内桩间土的湿陷性和压缩性进行检测，抽取的检验数量，要在总桩数1.50%以上。

4.2.1 荷载试验法

一般对于比较重大的工程要使用荷载试验的方法来对湿陷情况和承载力进行检测。

4.2.2 环刀取样法

首先将桩身剖开，然后从基地顺着深度方向使用小环刀获取原状夯实的土样，再对干密度进行测定。

4.2.3 轻便触探检验法

利用夯填的方法得到“检定锤击数”，在施工的过程中通过对锤击数进行检测来判断施工是否合格。

在进行检验的过程中，为防止二灰和灰土的胶硬强度对试验造成影响，二灰桩需要在施工后3d后进行检测，灰土桩需要在桩孔夯实2d后进行检测。

5 结语

在降低水的渗透性和土的湿陷性方面，土挤密桩和灰土挤密桩的效果差别并不是特别大，不过灰土挤密桩的水稳性和承载力要优于土挤密桩地基。在施工过程中，要根据实际的施工要求来选择施工方法。由于杂填土和素填土的湿陷性比较低，承载力也不高，但是压缩性非常高，在对地基进行处理时，要把提升承载力、降低压缩性作为主要的施工目的。

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[2]康艳飞.灰土挤密桩在湿陷性黄土地区客运专线梁场地基处理中的应用[J].城市道桥与防洪，2013，（7）：171-174.

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