上庄调蓄池灰土挤密桩试验探究

2017-11-01田维雄

山西水利 2017年9期

关键词：密桩灰土土料

田维雄

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西长治 046000）

上庄调蓄池灰土挤密桩试验探究

田维雄

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西长治 046000）

以辛安泉供水改扩建工程黎城支线上庄调蓄池地基基础处理为实例，通过挤密桩试验研究与结果分析，验证了灰土挤密桩法在湿陷性黄土处理中的重要作用。可为其他类似工程的施工提供参考和依据。

灰土挤密桩；湿陷性黄土；复合地基承载力

上庄调蓄池地层处理方案中，灰土挤密桩施工存在布孔间距、填料厚度、分层夯击厚度、复合地基承载力等是否满足要求的问题，需要通过试验测试解决，以达到经济合理、提高工程可靠性的目的。

为此，在拟定挤密桩施工设备的前提下，通过挤密桩试验达到以下目的：验证灰土挤密桩设计要求标准的合理性；研究挤密桩施工工艺；确定挤密桩达到设计标准的施工方式、分层填料厚度、分层夯击次数、桩间距等施工参数。

1 工程概况

辛安泉供水改扩建工程黎城支线上庄调蓄池工程，位于黎城县上庄村附近，为黎城支线的末端，工程级别III等3级，池库容9.7万m3，最高蓄水位875.80 m，池底高程867 m。

上庄调蓄池场地土质为自重湿陷性低液限粘（粉）土，地基湿陷等级为Ⅱ级，湿陷土层下限深度12 m。本工程拟采用灰土挤密桩施工工艺进行地层处理。

灰土挤密桩施工要求，挤密桩填桩孔所用土料为施工场地开挖的纯净黄土，有机含量小于8%。土料应过筛，筛孔不大于20 mm，所用石灰应是生石灰消解3～4 d后的过筛熟石灰粉，粒径不大于5 mm，石灰质量不低于Ⅲ级，灰土配合比为3∶7。

根据设计图纸要求，间排距确定为：桩中心点距离为1 m的等边三角形，桩的布置为排距0.5 m，间距0.866 m梅花形布置，桩径为0.4 m。灰土挤密桩桩体压实系数不应小于0.97，桩间土平均挤密系数不应小于0.93。

试验前已取挤密桩试验用三七灰土料进行击实试验，其最大干密度为1.59 g/cm3，最优含水率为19.5%。

2 试验方法

2.1 现场准备工作

施工机械进场前，应当对建筑场地的工程地质描述资料和设计资料进行查验。施工前应清除地表一切障碍物，将场地开挖至设计标高，还需对不利于设备操作的地段进行处理。然后按设计图放线定位，为了保证桩孔位置符合设计要求，各桩中心点可用直径较粗短钢筋头插入土中，拔出钢筋后再灌入石灰，以保证定位点不会丢失。定点放线应有专人校核验收。

2.2 施工布置及施工顺序

根据现场地质情况及设计要求的灰土挤密桩参数，另考虑施工工期要求，本灰土挤密桩工程施工采用重锤打桩机沉管挤密成孔，自行设计的卷扬式夯实机进行填料夯实。本次试验灰土挤密桩，桩间距按设计要求进行布设。

2.2.1 成孔

采用沉管法施工的主要工序为：桩管就位、沉管挤土、拔管成孔、桩孔夯填。

本工程采用打桩机沉管入土，采用由内向外的施工顺序，打夯机紧随其后进行夯填。

沉管法成孔应注意：

启动前要求桩机基础平稳，桩管下部尖头与桩孔中心白灰点对应，在打桩过程中桩机不应发生位移，桩架不应发生倾斜。

桩管上可用圆光筋焊接的方式每50 cm设置一刻度线，打桩过程中应时刻注意观察桩管的垂直度和每次打桩时桩管的下沉距离，发现反常现象时应立即暂停施工并对反常现象进行分析处理。

为保证桩体长度满足设计要求，桩尖到达设计深度可继续深入土体20～30 cm，以防回落土下落导致桩长不够。成孔后应及时拔出桩管，以免桩管与土体接触时间过长，导致桩管难以拔出。

桩管拔出后，由专人负责检查记录成孔质量，观测孔径、深度是否符合要求[1]。

2.2.2 桩孔填夯

填料选配及拌制。桩体材料采用3∶7灰土；素土选用现场开挖，有机质含量不超过8%的黄土，过筛后，土块的粒径不大于20 mm；石灰选用现场消解的熟石灰，使用前过筛，筛孔大小为10 mm；土料拌和后，保证当天土料当天使用完毕，不存放土料过夜。

填料夯实。夯锤直径小于桩孔直径10 cm，便于夯锤自由下落；现场的夯实机由人工配合填料，施工前需要进行试验确定夯击数及填料厚度的关系。

填夯施工应按下列要求进行。成孔后，待桩机位移至安全距离后，检查桩孔的直径、深度及倾斜度，保证夯机能正常施工；桩孔内的底部预留高度为20～30 cm，夯机将孔底夯实后，再开始分层填料夯实；人工填料应按照先前试验的夯击次数及填料厚度进行施工，铺料、夯击交叉进行至设计桩面高程；为保证桩体满足设计要求，现场有专人跟踪施工过程并记录每一孔填料的数量、次数、夯击次数，同时按规范随机抽查部分桩孔的夯实质量[2]；对施工完毕的桩号逐个与施工图对照检查，并在施工图上用红笔标记该桩号，发现有漏打、漏填的桩孔应立即返工。

3 质量检查

施工质量检查，包括桩位、桩孔、挤密效果和填夯质量等项，其中又以填夯质量的检查为重点[2]。质量检查应根据需要在施工过程中或施工结束后分次进行，检查结果应作出记录，以备工程验收、进行研究和必要的处理。

试桩检测。试桩完成7～14 d后，用开挖探井取样，每1 m取1组试样测定干密度。在桩间形成中心点、成孔挤密桩深度范围内钻心取样，每1 m取样测定干密度并进行压缩试验，湿陷性试验。成桩28 d后应及时进行单桩、复合地基承载力试验，以确定施工参数。

选择土质相同的土料作为桩体土料，根据分层填料厚度、桩间距、分层夯击次数，然后按拟定的参数组合进行试验，试验组合如表1所示。

4 挤密桩试验成果分析

根据现场试验绘制挤密桩不同铺土厚度、不同夯击次数、不同桩间距时土料的压实系数与挤密系数的曲线。以第三场试验组合为例，其压实系数与挤密系数的曲线如图1所示。

表1 素土挤密桩试验组合

图1 压实系数与挤密系数的曲线

根据现场取样的对比，拟选取桩间距0.866 m，铺土厚度20 cm，夯击次数8次，为施工指导方案。

本工程采用平板静载荷试验来评价灰土挤密桩完工后的复合地基承载力。采用底面积为0.865 m2的钢板作为承压板，加载仪器由一台500 kN的液压千斤顶及其配套的手动油泵施加垂直荷载，用量程为100 MPa等级0.4级的压力表量测加载值。压板的十字对称方向安装四只百分表，用以测量承压板沉降，部分试验点的数据见表2。

表2 调蓄池静荷载参数表

图3 调蓄池静载荷FH1点P-S曲线、S-lgt曲线

对调蓄池地基不同部位进行静荷载试验，绘制PS曲线、S-lgt曲线，所有试验点的P-S曲线都呈圆滑型，最大加载值的一半小于相对变形s/d=0.008所对应的荷载，依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012），按相对变形确定的承载力特征值不应大于最大加荷值的一半，因此取最大加荷值的一半150 kPa作为复合地基承载力特征值[3]。

图3为FH1的点P-S曲线及S-lgt曲线，其余点省略。

由土工分析结果及击实试验数据，桩间土平均挤密系数为0.935，所有土样湿陷性系数均小于0.015，地基处理深度范围内桩间土湿陷性已消除。