灰土擠密樁施工技術在韓家園泵站地基處理中的應用

杜秀敏

（山西省張峰水庫建設管理局 山西太原030002）

1 工程概況

1.1 工程地質條件

韓家園泵站及前池，地面高程871～873.5m。出露地層巖性為（Q3Pa1）低液限粉土夾低液限黏土，結構較松散，土質均勻，厚5.0～25.0 m。其天然密度為1.32～1.66g/cm3，平均值為1.47g/cm3；干密度為1.18～1.35g/cm3，平均值為1.26g/cm3；孔隙比為1.014～1.300；天然壓縮系數(shù)（av1-2）0.05～0.69MPa-1，平均值為0.17MPa-1，多具中等壓縮性。

場地地層巖性為（Q3pal）低液限黏土、低液限粉土，濕陷系數(shù)（δs2.0）為 0.003～0.100，濕限起始壓力13～166kPa，具輕微～強烈濕陷性，場地土存在濕陷性問題。

場地自重濕陷量的計算值為55.0～246.0 mm，地基濕陷量的計算值為255.0～476.5mm，場地濕陷類型為自重，地基濕陷等級為Ⅱ級（中等），濕陷土層水平范圍為泵站廠區(qū)（82m×82m），下限深度按10 m考慮。

1.2 地基處理方案比選

韓家園泵站地基為濕陷性黃土地基，地基承載力不滿足設計要求，需要進行地基加固處理?？紤]到工程位于村莊附近，強夯處理振動和噪音大，容易對附近村民生產生活產生影響。同時，本工程地基濕陷性深度不均勻，通過開挖置換法處理，工程造價成本高，經(jīng)過方案比選，確定使用灰土擠密樁處理。

1.3 灰土擠密樁施工概況

韓家園泵站及前池基礎處理采用灰土擠密樁?；彝僚浜媳葹?：7，灰土擠密樁梅花形布置，樁距1.0 m，樁徑400 mm。樁長9.0 m的1822根，7.30 m的687根，9.30 m的1028根。樁孔填料平均壓實系數(shù)不小于0.97，其中壓實系數(shù)最小不應小于0.94；樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93。打樁完畢將樁頭挖去500 mm，然后鋪設500 mm厚的3：7灰土墊層分層夯實，壓實系數(shù)不得小于0.95。

2 施工方案及工藝流程

2.1 施工方案

根據(jù)設計提出的地質情況，常用的灰土擠密樁施工設備有柴油打樁機和夯擴機兩種。由于韓家園泵站距離老百姓居住區(qū)域較近，采用柴油打樁機噪聲大，不能滿足晝夜連續(xù)施工的要求，如果遇到部分地層存在縮孔現(xiàn)象，則無法有效成孔，另外對周圍環(huán)境污染也嚴重。夯擴機噪聲小，能有效防止縮孔產生，可兼具成孔夯填雙重功能，使用電能，清潔無污染，設備故障率低，能滿足連續(xù)施工要求。根據(jù)施工技術可能達到的條件，經(jīng)過技術經(jīng)濟對比，最后確定使用夯擴機完成灰土擠密樁的地基處理任務。

本工程灰土擠密樁選用D400夯擴機夯擴成孔的方法進行施工，填料夯實采用D350重錘夯實，夯錘重3.5t，3:7灰土在拌和站人工配合裝載機進行拌和，1t三輪車運至現(xiàn)場，人工填料；灰土墊層采用ZL50裝載機攤鋪回填，人工整平，10 t振動碾壓實。工程生產施工前，首先根據(jù)地質情況先選取不同的地點進行試樁，通過對試驗樁的檢測，獲取滿足設計要求的施工參數(shù)作為指導施工和質量管控的重要技術支撐。

2.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 灰土擠密樁施工工藝流程圖

3 施工方法

3.1 施工前準備

3.1.1 場地準備

（1）對場地進行平整，復核地基土含水率、飽和度，將場地形成橫坡，做好臨時排水溝，保證排水通暢。

（2）根據(jù)基礎平面布置圖及樁位圖，設置軸線控制點及水準點，準確定位每個施工樁位點，做好標識并逐一編號。

3.1.2 材料準備

（1）土：采用就地挖出的純凈黃土，有機質含量不超過8%，土粒過篩，顆粒不大于15mm。

（2）石灰：選用Ⅲ級以上新鮮成品熟石灰粉，顆粒不大于5mm，且無未熟化的生石灰顆粒及其他雜質。

（3）灰土拌和：石灰和土料按3:7體積比進行均勻拌和，并用15mm的篩子過篩后使用。每天施工前核定土的含水率，保證拌和后灰土的含水量達到最優(yōu)含水量的±2%左右。實地可用“手握成團，落地開花”的標準來鑒定含水量。

3.2 成孔、成樁施工

3.2.1 成孔

成孔依次逐排由外向內進行，隔孔跳打進入第一遍成孔，成孔深度9.0/7.3/9.3m，孔徑400 mm，孔距1.0 m，梅花形布置。成好一個孔用蓋板蓋一個孔，通過孔深、孔徑、垂直度、位移等檢查驗收后，統(tǒng)一編號記錄。成孔施工順序如圖2所示。

圖2 成孔間隔方法施工示意圖

3.2.2 成樁

施工順序：清底夯→灰土拌和→虛填→夯擊→成樁。

成孔后及時夯填，在向孔內填灰土前先夯實孔底5錘，灰土分層回填夯實。經(jīng)試驗，3.5t夯錘在4.0 m高度夯擊下，填料厚度60 cm時夯擊3下，填料厚度40 cm時夯擊2下為最優(yōu)夯擊參數(shù)，樁體的壓實系數(shù)可以達到0.97。

3.2.3 灰土墊層施工

（1）灰土擠密樁施工完畢后，采用裝載機將樁頂500 mm范圍全部鏟除，重新分層攤鋪3:7灰土至設計高程，每層攤鋪厚度300 mm。

（2）灰土墊層采用10 t自行式振動碾碾壓，邊角部位采用手扶振動碾壓實，碾壓遍數(shù)經(jīng)過現(xiàn)場試驗確定為靜壓1遍后再振動碾壓5遍。

（3）灰土回填每層夯實后，根據(jù)規(guī)范取樣頻率進行環(huán)刀取樣，測定壓實系數(shù)合格后，再進行上一層灰土鋪攤。

（4）找平與驗收：灰土最上一層完成后，用掛線尋找地坪標準，對應檢查標高和平整度，超高處用鐵鍬鏟平；低洼處應及時補填灰土。

4 質量檢測

灰土擠密樁的施工質量檢測主要是樁體檢測，其檢測內容包含樁體的壓實系數(shù)、樁間土的擠密系數(shù)、濕陷性消除程度、復合地基的承載力特征值等內容。

4.1 樁體的質量檢測

樁體的夯實質量一般通過測定樁長范圍內土的干密度確定，然后將其換算為平均壓實系數(shù)進行評定。樁體的平均壓實系數(shù)是根據(jù)樁孔全部深度內的平均干密度與室內擊實試驗求得填料在最優(yōu)含水量狀態(tài)下的最大干密度的比值。樁體灰土的干密度取樣：自樁頂向下0.5m起，每1m不應少于2點（1組），即樁孔內距樁孔邊緣50 mm處1點，樁孔中心處1點，當樁長大于6m時，全部深度內的取樣點不應小于12點（6組），當樁長不足6m時，全部深度內取樣點不應小于10點（5組）。

樁孔回填夯實后，隨機抽樣檢測夯后樁長范圍內灰土填料的平均壓實系數(shù)，按照規(guī)范要求抽檢的數(shù)量不少于樁總數(shù)的1%，采用開挖探井取樣法檢測，共抽檢35根，檢測結果全部符合設計要求。檢測值詳見表1。

表1 抽檢樁體平均壓實系數(shù)表

4.2 人工挖探井取樣檢測

通過人工挖探井取樣送試驗室做土工的方法評價本工程樁間土的擠密效果及濕限性消除情況。

探井位置布置在相鄰兩根樁之間，挖掘深度為樁底以下0.5m，對濕限性區(qū)域挖掘深度至設計樁體底部高程，間隔1.0 m取1組樣，取土規(guī)格Φ100 mm×150 mm。樁間土試樣除進行常規(guī)項目試驗外，增做了濕限性試驗，浸水壓力為200 kPa。本次檢測室內土工試驗均按《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999）的有關要求操作和試驗。

共布設探井10個，共取得樁間土原狀樣72件。所取樁間土試樣濕限系數(shù)均小于0.015，綜合分析認為，經(jīng)處理后地基土的濕限性已消除。檢測值詳見表2。

表2 樁間土擠密系數(shù)和濕陷系數(shù)檢測值

4.3 單樁復合地基載荷

通過灰土擠密樁試樁的單樁復合地基載荷試驗，確定本工程灰土擠密樁的復合地基承載力特征值。本工程按照《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）中檢測施工總樁體數(shù)量1%的要求，共抽檢35根。采用慢速維持載荷法，在設計樁頂標高進行，壓板使用0.865m2的圓形鋼筋混凝土承壓板，壓板下鋪約150 mm厚的中粗砂墊層找平。逐級加載，每級載荷達到相對穩(wěn)定后加下一級荷載，直至最大加載值。本次試驗最大加荷值360 kPa。每級加載值為最大加載值的1/10,載荷分級見表3。

表3 灰土擠密樁復合地基加荷級率表

試驗過程中，每級加載前后分別測記一次承壓板沉降量，以后每隔30 min讀一次。連續(xù)兩小時內每小時內的沉降不超過0.1mm時，則認為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載。當出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：

A.承壓板周圍的土明顯的側向擠出；

B.沉降S急驟增大，荷載-沉降（P-S）曲線出現(xiàn)陡降段；

C.在某一載荷下，24h內沉降速率達不到穩(wěn)定標準；

D.沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。

經(jīng)試驗檢測，35根樁體沉降值在3.09～18.86mm之間，地基承載力特征值符合設計要求。檢測值詳見表4。

表4 樁體沉降量檢測值

5 結語

經(jīng)樁體質量檢測、人工挖探井取樣檢測、單樁復合地基載荷試驗，所取試樣的樁體壓實系數(shù)、樁間土擠密系數(shù)、復合地基承載力均滿足設計要求，濕限系數(shù)小于0.015。綜合分析認為，韓家園泵站基礎通過灰土擠密樁施工處理后，地基土濕陷性已消除，地基承載力達到了設計要求。

灰土擠密樁施工方案在韓家園泵站基礎處理中取得了良好的效果，也為類似工程積累了施工經(jīng)驗。