擠密樁處理濕陷黃土壩基設(shè)計施工淺析

王賢忠 程 瓦 王靜齋 崔海濤

1 工程概況

中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分布較為廣泛，尤其在山西、陜西等黃土高原地區(qū)，作為建筑物基礎(chǔ)，需進(jìn)行工程處理。

山西省萬家寨引黃入晉工程，北干線尚希莊水庫位于山西省朔州市懷仁縣新家園鄉(xiāng)尚希莊村南，為半挖半填的平原圍封水庫，總庫容1 055萬m3。水庫平面呈EN-WS向的近橢圓形狀，長約1 600 m，寬約1 000 m，大壩環(huán)型布置，壩軸線總長4 453.18 m，壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，復(fù)合土工膜全庫盆防滲。水庫最高蓄水位1 118.30 m，壩頂高程1 119.87 m，防浪墻頂高程1 121.07 m，壩頂寬6.0 m，最大壩高17.06 m，迎水壩坡1∶2.5，背水壩坡1∶2.0。

2 壩基工程地質(zhì)

濕陷等級為Ⅰ級（輕微）的濕陷土層厚度為0.5～7.0 m，平均厚度約3.3 m；濕陷等級為Ⅱ級（中等）的濕陷土層厚度為3.6～12.1 m，平均厚度約7.5 m；濕陷等級為Ⅲ級（嚴(yán)重）的濕陷土層厚度為10.4 m。

3 壩基處理設(shè)計

3.1 壩基處理方案

根據(jù)壩基工程地質(zhì)，為保證水庫大壩安全，需消除或消減壩基全部濕陷量。處理非自重-自重濕陷性黃土壩基方法一般采用挖除換土、夯實(shí)、擠密等。

3.1.1 挖除換土

采用挖除換土方法消除壩基濕陷量，開挖深度一般5～10 m，工程量大，投資費(fèi)用高，工期長，尤其對低壩圍封水庫（壩軸線較長）占投資比例過大，一般不適于采用。

3.1.2 強(qiáng)夯

采用強(qiáng)夯消除壩基濕陷量，施工方便。投資費(fèi)用較少，一般多為采用。但由于強(qiáng)夯震動過大，常影響周圍建筑物及環(huán)境。

尚希莊水庫位于尚希莊村南，臨近峙峰山移民新村，若采用強(qiáng)夯處理壩基，必會影響周圍居民房屋及居民生活，因此，尚希莊水庫壩基處理不適合采用強(qiáng)夯處理方案。

3.1.3 擠密樁

采用素土擠密樁消除壩基濕陷量，施工較為便利。投資費(fèi)用較低，對周圍建筑物、環(huán)境基本不影響。

經(jīng)分析，尚希莊水庫壩基濕陷性黃土采用素土錐柱擠密樁法處理。

3.2 素土錐柱擠密樁

素土錐柱擠密樁是采用錐柱形重錘沖擊成孔，孔內(nèi)回填素土夯實(shí)成樁，使樁間土擠壓密實(shí)的地基處理方法。素土錐柱擠密樁有以下特點(diǎn)：成樁過程為橫向擠密，可使樁間土加密達(dá)到設(shè)計要求的干密度，從而消減或消除地基的濕陷性，降低壓縮性，提高承載力；處理深度可達(dá)15 m，可就地取材、降低工程造價；機(jī)具簡單、施工方便、效率高。

3.2.1 擠密樁布置

尚希莊水庫壩基素土錐柱擠密樁樁徑400 mm，樁長5～10 m，梅花形布置，樁距根據(jù)濕陷類型、等級設(shè)計，布置如下：

（1）非自重Ⅰ級（輕微）濕陷性黃土壩基樁距為1.4 m；

（2）非自重Ⅱ級（中等）、自重Ⅱ級（中等）濕陷性黃土壩基樁距為1.2 m；

（3）自重Ⅲ級（嚴(yán)重）濕陷性黃土壩基樁距為1.0 m。

非自重Ⅰ級（輕微）濕陷性黃土壩基素土錐柱擠密樁平面布置見圖1。

圖1 壩基素土錐柱擠密樁平面布置示意圖（單位：m）

3.2.2 擠密樁樁長

素土錐柱擠密樁長度的確定，是根據(jù)處理后地基殘余濕陷量來確定。

尚希莊水庫要求壩基處理后，地基殘余濕陷量不大于200 mm。根據(jù)此要求，素土錐柱擠密樁單根樁長最短不小于3.0 m，設(shè)計采用單根樁長5.0～10.0 m。壩基處理特性見表1。

表1 壩基處理特性表

4 錐柱擠密樁施工

4.1 錐柱擠密樁施工工藝

素土錐柱擠密樁施工工藝分為兩個部分：

4.1.1 沖孔工藝

施工放線→定孔位→機(jī)械就位→垂直校正→沖孔→樁機(jī)移位→進(jìn)入下一孔位。

4.1.2 素土夯填

檢查孔位、垂直度、樁徑和深度→填土?夯實(shí)→封頂。

4.2 錐柱擠密樁施工

4.2.1 現(xiàn)場進(jìn)行成孔夯填工藝和擠密效果試驗(yàn)

素土錐柱擠密樁施工前，應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行成孔夯填工藝和擠密效果試驗(yàn)，以確定填料分層厚度、夯擊次數(shù)和夯實(shí)后的干密度等要求，按照設(shè)計要求對樁間土進(jìn)行干密度測定，如達(dá)不到設(shè)計要求，應(yīng)會同設(shè)計人員調(diào)整樁距，或由施工單位對填料分層厚度、夯擊次數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4.2.2 清基及布孔

素土錐柱擠密樁施工前，在地基處理范圍內(nèi)首先用機(jī)械清除地表的雜草及表層土，清表厚度1.0 m。清表后對地基表層采用5 t羊足碾碾壓。

根據(jù)壩基平面布置圖及樁位圖，通過坐標(biāo)控制點(diǎn)，準(zhǔn)確定出每個施工樁位點(diǎn)，并做好標(biāo)識，經(jīng)檢驗(yàn)無誤后，再進(jìn)行沖孔施工，并做好記錄。

4.2.3 沖孔

擠密樁沖孔采用10 t起重機(jī)吊4 t錐柱錘沖擊成孔，成孔直徑約400 mm，成孔達(dá)到設(shè)計處理深度后，移機(jī)進(jìn)行下一孔沖孔。

4.2.4 素土夯填

素土夯填前，對樁孔進(jìn)行檢查。樁孔直徑誤差不得超過設(shè)計值的+10 cm、-5 cm，樁孔深度不應(yīng)小于設(shè)計深度30 cm以上，檢查合格后應(yīng)及時回填。

素土夯填采用2 m3裝載機(jī)孔內(nèi)填素土，5 t卷揚(yáng)機(jī)吊0.5 t重錘沖擊夯實(shí)，達(dá)到設(shè)計密實(shí)度，每次填土厚度及夯實(shí)遍數(shù)由現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

4.3 錐柱擠密樁施工順序

素土錐柱擠密樁施工順序應(yīng)先外排后里排，同排內(nèi)應(yīng)間隔1～2孔進(jìn)行，以免因震動擠壓造成相鄰孔縮孔或坍孔。

成樁完畢后對樁頂建基面用平碾碾壓密實(shí)。

5 結(jié)語

尚希莊水庫運(yùn)行已有5年，目前水庫大壩運(yùn)行良好，達(dá)到設(shè)計要求。

采用素土錐柱擠密樁處理濕陷性黃土地基，能有效加密樁間土，消除或消減地基的濕陷性，降低壓縮性，提高承載力；處理深度可達(dá)15 m，可就地取材、降低工程造價；機(jī)具簡單、施工方便、效率高?？蓮V泛用于壩基、道路、渠道等工程濕陷性黃土地基處理。