灰土挤密桩施工技术在韩家园泵站地基处理中的应用

2014-12-25杜秀敏

山西水利科技 2014年2期

杜秀敏

（山西省张峰水库建设管理局山西太原030002）

1 工程概况

1.1 工程地质条件

韩家园泵站及前池，地面高程871～873.5m。出露地层岩性为（Q3Pa1）低液限粉土夹低液限黏土，结构较松散，土质均匀，厚5.0～25.0 m。其天然密度为1.32～1.66g/cm3，平均值为1.47g/cm3；干密度为1.18～1.35g/cm3，平均值为1.26g/cm3；孔隙比为1.014～1.300；天然压缩系数（av1-2）0.05～0.69MPa-1，平均值为0.17MPa-1，多具中等压缩性。

场地地层岩性为（Q3pal）低液限黏土、低液限粉土，湿陷系数（δs2.0）为 0.003～0.100，湿限起始压力13～166kPa，具轻微～强烈湿陷性，场地土存在湿陷性问题。

场地自重湿陷量的计算值为55.0～246.0 mm，地基湿陷量的计算值为255.0～476.5mm，场地湿陷类型为自重，地基湿陷等级为Ⅱ级（中等），湿陷土层水平范围为泵站厂区（82m×82m），下限深度按10 m考虑。

1.2 地基处理方案比选

韩家园泵站地基为湿陷性黄土地基，地基承载力不满足设计要求，需要进行地基加固处理。考虑到工程位于村庄附近，强夯处理振动和噪音大，容易对附近村民生产生活产生影响。同时，本工程地基湿陷性深度不均匀，通过开挖置换法处理，工程造价成本高，经过方案比选，确定使用灰土挤密桩处理。

1.3 灰土挤密桩施工概况

韩家园泵站及前池基础处理采用灰土挤密桩。灰土配合比为3：7，灰土挤密桩梅花形布置，桩距1.0 m，桩径400 mm。桩长9.0 m的1822根，7.30 m的687根，9.30 m的1028根。桩孔填料平均压实系数不小于0.97，其中压实系数最小不应小于0.94；桩间土平均挤密系数不小于0.93。打桩完毕将桩头挖去500 mm，然后铺设500 mm厚的3：7灰土垫层分层夯实，压实系数不得小于0.95。

2 施工方案及工艺流程

2.1 施工方案

根据设计提出的地质情况，常用的灰土挤密桩施工设备有柴油打桩机和夯扩机两种。由于韩家园泵站距离老百姓居住区域较近，采用柴油打桩机噪声大，不能满足昼夜连续施工的要求，如果遇到部分地层存在缩孔现象，则无法有效成孔，另外对周围环境污染也严重。夯扩机噪声小，能有效防止缩孔产生，可兼具成孔夯填双重功能，使用电能，清洁无污染，设备故障率低，能满足连续施工要求。根据施工技术可能达到的条件，经过技术经济对比，最后确定使用夯扩机完成灰土挤密桩的地基处理任务。

本工程灰土挤密桩选用D400夯扩机夯扩成孔的方法进行施工，填料夯实采用D350重锤夯实，夯锤重3.5t，3:7灰土在拌和站人工配合装载机进行拌和，1t三轮车运至现场，人工填料；灰土垫层采用ZL50装载机摊铺回填，人工整平，10 t振动碾压实。工程生产施工前，首先根据地质情况先选取不同的地点进行试桩，通过对试验桩的检测，获取满足设计要求的施工参数作为指导施工和质量管控的重要技术支撑。

2.2 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 灰土挤密桩施工工艺流程图

3 施工方法

3.1 施工前准备

3.1.1 场地准备

（1）对场地进行平整，复核地基土含水率、饱和度，将场地形成横坡，做好临时排水沟，保证排水通畅。

（2）根据基础平面布置图及桩位图，设置轴线控制点及水准点，准确定位每个施工桩位点，做好标识并逐一编号。

3.1.2 材料准备

（1）土：采用就地挖出的纯净黄土，有机质含量不超过8%，土粒过筛，颗粒不大于15mm。

（2）石灰：选用Ⅲ级以上新鲜成品熟石灰粉，颗粒不大于5mm，且无未熟化的生石灰颗粒及其他杂质。

（3）灰土拌和：石灰和土料按3:7体积比进行均匀拌和，并用15mm的筛子过筛后使用。每天施工前核定土的含水率，保证拌和后灰土的含水量达到最优含水量的±2%左右。实地可用“手握成团，落地开花”的标准来鉴定含水量。

3.2 成孔、成桩施工

3.2.1 成孔

成孔依次逐排由外向内进行，隔孔跳打进入第一遍成孔，成孔深度9.0/7.3/9.3m，孔径400 mm，孔距1.0 m，梅花形布置。成好一个孔用盖板盖一个孔，通过孔深、孔径、垂直度、位移等检查验收后，统一编号记录。成孔施工顺序如图2所示。

图2 成孔间隔方法施工示意图

3.2.2 成桩

施工顺序：清底夯→灰土拌和→虚填→夯击→成桩。

成孔后及时夯填，在向孔内填灰土前先夯实孔底5锤，灰土分层回填夯实。经试验，3.5t夯锤在4.0 m高度夯击下，填料厚度60 cm时夯击3下，填料厚度40 cm时夯击2下为最优夯击参数，桩体的压实系数可以达到0.97。

3.2.3 灰土垫层施工

（1）灰土挤密桩施工完毕后，采用装载机将桩顶500 mm范围全部铲除，重新分层摊铺3:7灰土至设计高程，每层摊铺厚度300 mm。

（2）灰土垫层采用10 t自行式振动碾碾压，边角部位采用手扶振动碾压实，碾压遍数经过现场试验确定为静压1遍后再振动碾压5遍。

（3）灰土回填每层夯实后，根据规范取样频率进行环刀取样，测定压实系数合格后，再进行上一层灰土铺摊。

（4）找平与验收：灰土最上一层完成后，用挂线寻找地坪标准，对应检查标高和平整度，超高处用铁锹铲平；低洼处应及时补填灰土。

4 质量检测

灰土挤密桩的施工质量检测主要是桩体检测，其检测内容包含桩体的压实系数、桩间土的挤密系数、湿陷性消除程度、复合地基的承载力特征值等内容。

4.1 桩体的质量检测

桩体的夯实质量一般通过测定桩长范围内土的干密度确定，然后将其换算为平均压实系数进行评定。桩体的平均压实系数是根据桩孔全部深度内的平均干密度与室内击实试验求得填料在最优含水量状态下的最大干密度的比值。桩体灰土的干密度取样：自桩顶向下0.5m起，每1m不应少于2点（1组），即桩孔内距桩孔边缘50 mm处1点，桩孔中心处1点，当桩长大于6m时，全部深度内的取样点不应小于12点（6组），当桩长不足6m时，全部深度内取样点不应小于10点（5组）。

桩孔回填夯实后，随机抽样检测夯后桩长范围内灰土填料的平均压实系数，按照规范要求抽检的数量不少于桩总数的1%，采用开挖探井取样法检测，共抽检35根，检测结果全部符合设计要求。检测值详见表1。

表1 抽检桩体平均压实系数表

4.2 人工挖探井取样检测

通过人工挖探井取样送试验室做土工的方法评价本工程桩间土的挤密效果及湿限性消除情况。

探井位置布置在相邻两根桩之间，挖掘深度为桩底以下0.5m，对湿限性区域挖掘深度至设计桩体底部高程，间隔1.0 m取1组样，取土规格Φ100 mm×150 mm。桩间土试样除进行常规项目试验外，增做了湿限性试验，浸水压力为200 kPa。本次检测室内土工试验均按《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）的有关要求操作和试验。

共布设探井10个，共取得桩间土原状样72件。所取桩间土试样湿限系数均小于0.015，综合分析认为，经处理后地基土的湿限性已消除。检测值详见表2。

表2 桩间土挤密系数和湿陷系数检测值

4.3 单桩复合地基载荷

通过灰土挤密桩试桩的单桩复合地基载荷试验，确定本工程灰土挤密桩的复合地基承载力特征值。本工程按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中检测施工总桩体数量1%的要求，共抽检35根。采用慢速维持载荷法，在设计桩顶标高进行，压板使用0.865m2的圆形钢筋混凝土承压板，压板下铺约150 mm厚的中粗砂垫层找平。逐级加载，每级载荷达到相对稳定后加下一级荷载，直至最大加载值。本次试验最大加荷值360 kPa。每级加载值为最大加载值的1/10,载荷分级见表3。