素土挤密桩在西梁水库坝体处理中的应用

2015-07-25张希红

山西水利科技 2015年3期

关键词：素土密桩土料

张希红

（临汾市水利机械工程局山西临汾 041000）

1 工程概况

西梁水库又名泽民水库，位于黄河流域汾河水系浍河北支上，1965年开工兴建，1968年竣工验收。水库枢纽由大坝、溢洪道和卧管组成。大坝为均质水中倒土坝，最大坝高25 m，坝顶宽4 m，坝顶长190 m，上游坝坡1∶3，下游坝坡1∶2.5。

西梁水库改造后担负防洪、灌溉任务的同时，将其作为禹门口提水东扩工程在农业灌溉期供水翼城的调蓄水库，水库总库容377万m3。

2 原工程施工中存在的主要问题

西梁水库始建于1965年，1968年建成投入使用，是文化大革命的产物，属典型的“三边”工程。由于设计不尽到位、施工管理不到位、质量控制不严等原因，致使大坝存在着严重的质量隐患，经勘测分析，大坝存在的主要问题是：

1）施工时坝基清基不彻底，坝体与岸坡未做结合槽，蓄水后绕坝渗流严重。

2）施工时用土未做详细的勘测和试验，上坝土料土质有的不符合要求，含水量时高时低，控制不严。

3）质量控制方法简单，测定项目很少，只测填土厚度，控制在35-40 cm。

4）施工方法和管理存在问题，当时在文革期间，采用人海战术，以村为单位分段施工，坝体人为的形成许多横向接缝，各段之间搭接不好，成为质量的薄弱点，各段施工面很难均衡上升，且凹凸不平，坝体多处压实度达不到设计要求。

根据施工前对旧坝体进行勘察钻孔，坝体填筑土主要由淡黄色、棕红色低液限黏土组成，均匀性差。坝体土属中、高压缩性土，从干密度、渗透系数等指标分析，其差异性大，坝体土填筑质量不均匀。本次设计采用素土挤密桩对已筑坝体进行加固处理，同时在大坝上游坡脚采用高喷防渗墙对坝基渗漏进行处理。

3 素土挤密桩试验

3.1 试验方案的选定

挤密桩试验桩布设在大坝上游高程547.5 m平台上，试验桩孔位布置采用两种孔位布置方式，方案一：桩距1.2 m，排距1.0 m，桩径40 cm共7孔；方案二：桩距1.0 m，排距0.87 m，桩径40 cm共7孔。挤密桩试验孔位布置图如图1、图2所示。

图1 方案1桩孔布置

3.2 设计要求

素土挤密桩加固处理后，桩体平均压实度不小于0.97，桩间土平均挤密系数不小于0.93，最小挤密系数不宜小于0.88。压实度指的是土料压实后的干密度与标准最大干密度之比。挤密系数指的是土料挤密后的干密度与标准最大干密度之比。

3.3 试验结果分析

按《建筑地基处理规范》（JGJ79-2002）要求，素土挤密桩夯填完成后，工程项目部委托山西省第五地质工程勘察院进行素土挤密桩试验，分段取样、检验桩间土与桩体土的压实度，方案一、二各取桩间土、桩体土的压实度样品各6个，方案一、二桩体土均达到设计要求，方案一桩间土合格率67%，方案二桩间土合格率100%。土工试验成果见表1、表2。

图2 方案2桩孔布置

表1 西梁水库素土挤密桩试验方案一土工试验成果

表2 西梁水库素土挤密桩试验方案二土工试验成果

3.4 施工方案的确定

通过对试验资料整理，分析数据和论证，建设单位、设计单位、施工单位共同确定采用方案二的试验参数。确定挤密桩施工参数为：桩间距1.0 m，排距0.87 m，每一层填料厚度不超30 cm，每一层的锤击次数不少于6次。

4 施工准备

4.1 施工场地

首先将旧坝体削成平台，挤密桩平台高程为547.5 m，利用挖掘机开挖至平台高程后，采用人工配合推土机的方法平整场地，使平台基本处于水平状态。对桩机运行的松软场地进行预压处理，场地形成横坡，做好临时排水沟，保证排水畅通。

4.2 施工材料

回填土料采用指定土场的土料，通过击实试验确定土料的最优含水量为14.1%，最大干密度1.78g/cm3。经过过筛，使其颗粒直径不大于15 mm。土内有机质含量不超过5%。严禁使用块状的黏土和粉土、淤泥、耕植土、冻土。击实结果曲线见图3。

4.3 施工设备

为了确保施工进度，施工单位将设备性能优良、效率高的设备调入本工程，并全部检修完毕。主要机械设备如下：

成孔设备：D18重锤式打桩机3台；

夯实设备：重力式夯填机（锤重0.4 t）4台。

图3 击实结果曲线

土料运输设备：CGB16B型小装载机3台、12 t自卸汽车4辆。

4.4 施工组织管理

根据设计要求、结合现场实际情况，制定明确的质量、技术、工期、管理、成本控制目标，充分发挥施工单位装备技术力量和施工经验的优势，精心组织、科学管理。严格按照项目施工的要求和工期安排，保质保量按时完成工程任务。成立了工程项目部，负责整个素土挤密桩工程的组织施工管理及质量保证。由项目经理、项目技术负责人、施工负责人、安全负责人等人员组成管理班子，并实行项目经理负责制。

5 挤密桩施工方法及有关技术

5.1 施工工艺流程

场地平整施工→测量、定位放线→桩机就位→第一遍挤密成孔（检查记录成孔深度）→第一遍桩孔夯填→第N遍定位放线→第N遍挤密成孔→第N遍桩孔夯填→清除松动层→底面层碾压（竣工高程测量）（探井检验）→施工验收。

5.2 施工方法

遵循设计、规范要求，采取隔行隔桩跳打，顺序如图4所示。

总的施工顺序控制原则是：从里向外，隔行隔桩跳打，分四个层次进行施工。

图4 施工顺序图

5.2.1 测量放样

确定平面位置后，建立平面位置的控制桩，以备下步施工使用。每排桩中心距为0.87 m，先在施工区边线上分出每排桩的控制线。拉线用50 m钢尺定出每个桩的位置，孔内插竹筷并灌白灰，对每个桩都建立编号。定位完成后，复核所放桩位位置、数量是否与施工桩位图一致，核对无误后，报监理工程师验收。

5.2.2 桩机就位

桩位经验收合格后，进行桩机就位，调平桩机机身，使管身保持垂直。由施工人员检查核对桩位，并设置4个定位点，以4个定位点确定桩点中心位置，以保证D18重锤式打桩机中心垂直对准桩位，桩位偏差小于5 cm，桩基要保持稳定，使其在成孔过程中不发生位移和倾斜。

5.2.3 成孔

桩机就位后采用D18重锤式打桩机成孔。重锤式打桩机就位后报验监理，经监理批准后开始沉桩打孔。打孔施工采用冲击法成孔挤密。冲击法成孔是利用重锤，将带有通气桩尖的钢制桩管打入土中到设计深度。桩管沉至设计深度后慢慢拔出桩管，在土中形成桩孔。

成孔过程中产生挤密作用，每片成孔顺序由里向外，分批隔排隔行跳打，以保证挤密效果。成孔直径为400 mm，允许误差-20 mm。成孔深度偏差+500 mm。

成孔过程中经常检查桩孔的垂直度，发现偏差及时调整、保证成孔垂直度小于等于1.5%。

成孔后及时检查桩孔质量、对超差、缩孔等采取措施及时处理。

5.2.4 验孔

沉孔完成后，经自检合格，通知监理单位复检验孔。按《建筑地基处理规范》（JGJ79-2002）规定和设计要求，对沉孔进行检验。合格后，进行下一道工序。

5.2.5 回填土料的配制

桩孔填料按设计要求进行，土料使用指定料场的合格土料，采用装载机配合人工进行素土翻拌、过筛、无大土块、杂草树根，在翻拌过程中洒水使其含水量接近最佳含水量。

5.2.6 桩孔的夯填

桩孔经验收合格后及时进行夯填，夯实机就位，将夯锤对准桩基中心，机身要支稳，落距要准确，击数必须按要求打够，严禁打溜锤及带刹车放锤，必须充分发挥重锤的冲砸挤压作用，以满足设计要求。

采用重力式夯填机（锤重0.4 t）并保证夯锤的落距不小于2 m。孔内填料前，夯实孔底、夯击次数不小于8次。并适当调整回填土料的含水率，使其含水量接近最佳含水量，入料派专人按规定数均匀向孔内填进，每次填入量控制在30 cm左右，每次的锤击次数不少于6次，听到清脆的锤声，方进行上一层填料夯实，直至距孔口20 cm为止。填料与夯击要配合好，保证施工的连续性。夯实机就位要平正稳固，夯锤与桩孔相互对中，使夯锤能自由落底，为了保证夯填质量，现场技术员严格控制并记录每一桩孔的填料数量和夯实时间，夯实施工派专人监督。待施工结束后，将表层挤松的土体挖除并分层夯实。

5.2.7 取样检验

为确保桩孔的夯填施工质量，对实际填料数量、填入次数、夯击次数做详细的记录。夯填完成后，在监理人员的监督下试验员及时取样试验，合格后进行下一桩孔的施工。

夯填完成后，试验员及时按照试验和规范要求取样检测桩体和桩间土的压实系数，不合格的桩孔及时返工处理。

6 质量检测

6.1 质量控制的要点及检验项目

1）检查桩位放线是否符合设计要求。

2）检查桩孔直径、深度、垂直度是否符合设计和《规程》要求。

3）桩孔夯填前，检查孔底是否流入了夯填料或杂物，造成虚桩；检查桩孔缩径、塌孔是否进行了复桩处理。

4）检查桩孔夯填质量。检查填料质量（如配合比、含水量、拌和是否均匀等），检查分层虚填厚度和夯击次数是否符合要求。

5）施工单位试验员对桩体分层取样、深度、数量、试验、做全过程的记录。随机抽样检验数量不少于总桩数的2%，且每个台班不少于1根桩，并在打桩图上的桩位圆圈（O）用红铅笔涂红，表示见证取样检验桩。

6.2 质量检测结果

按《建筑地基处理规范》（JGJ79-2002）要求，素土挤密桩夯填完成14 d后，工程项目部委托山西省第五地质工程勘测院对素土挤密桩进行分段取样、探井检验，桩间土挤密系数及桩体土的压实度各取样120个，其中桩间土挤密系数合格119个，合格率99.2%，80%挤密系数的值在0.93附近。桩体土的压实度，共检测120个，合格120个，合格率100%，大部分压实度的值在0.98附近。试验结果满足设计要求。