素土擠密樁處理低含水率濕陷性黃土地基的研究與應(yīng)用

陳繼斌

(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024)

1 工程概況

南村水庫(kù)位于黎城縣上桂花村北側(cè)、南村東南側(cè)的黃土沖溝內(nèi)，壩址以上控制流域面積10.1km2，水庫(kù)總庫(kù)容130萬(wàn)m3，工程等別為Ⅳ等，屬小(1)型水庫(kù)。攔河壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)235.0m，最大壩高26.4m。

2 素土擠密樁試驗(yàn)方案

考慮壩址周邊環(huán)境等實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采用影響較小的素土擠密樁進(jìn)行壩基、壩肩處理。處理范圍包括左岸壩肩、壩基左岸臺(tái)地、右岸壩肩。素土擠密樁初擬樁徑0.5m，樁間距1.4m，等邊三角形布置。樁孔黃土填料粒徑不得大于15mm，樁體土的壓實(shí)度不小于98%，樁間土平均壓實(shí)度不小于93%(最小壓實(shí)度不小于88%)。

素土擠密樁試驗(yàn)?zāi)康模貉芯克赝翑D密樁施工工藝，優(yōu)化素土擠密樁的施工方法、分層填料厚度、分層夯擊次數(shù)及樁間距等施工參數(shù)，驗(yàn)證原土含水率變化對(duì)擠密效果及濕陷性處理效果的影響。

初步選定擠密施工機(jī)械為YTQZ-220宇通重工打樁機(jī)，取素土填料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定其最大干密度為1.69g/cm3,最優(yōu)含水率為17.7%。試驗(yàn)分兩個(gè)區(qū)：壩基左岸臺(tái)地高程877m區(qū)及左岸壩肩區(qū)。試驗(yàn)工藝流程為：場(chǎng)地平整→基面測(cè)量→布孔→錘擊→填料(控制填料厚度)→夯擊→開(kāi)挖取樣(2m、3m、4m)→分別進(jìn)行樁間土和樁體土壓實(shí)度檢測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 壩基左岸臺(tái)地

當(dāng)填料厚度20cm時(shí)，分別對(duì)2m、3m、4m深度進(jìn)行樁間土及樁體土取樣檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)繪制擠密樁不同夯擊次數(shù)、不同樁體及樁間距時(shí)土料的壓實(shí)度的關(guān)系曲線(4m深度不同夯擊次數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系見(jiàn)圖1)。

圖1 4m深度不同夯擊次數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系曲線

壩基左岸877m高程臺(tái)地試驗(yàn)結(jié)果表明：在土體含水率介于13%～20%之間，鋪料厚度20cm、夯擊6次的情況下，樁體土及樁間土均滿足設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求。

3.2 左壩肩

樁體回填土料含水率15%左右時(shí)，壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。

樁間土由于原土含水率不同，進(jìn)行了多次壓實(shí)度試驗(yàn)。2018年6月8日，樁間距1.4m，樁間土含水率8.51%～10.46%時(shí)，壓實(shí)度平均值為88.02%；6月11日，樁間距1.4m，樁間土含水率8.52%～10.02%時(shí)，樁間土壓實(shí)度平均值為80.91%；6月17日，調(diào)整樁間距為1.2m，樁間土含水率9.7%～12.5%時(shí)，樁間土壓實(shí)度平均值為89.93%。以上試驗(yàn)樁間土的壓實(shí)度均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求(樁間土壓實(shí)度與土體含水率的關(guān)系見(jiàn)圖2)。

圖2 樁間土壓實(shí)度與土體含水率的關(guān)系曲線

左壩肩試驗(yàn)結(jié)果表明：原土含水率偏低是造成擠密樁樁間土壓實(shí)度不滿足設(shè)計(jì)要求的主要原因，兩者基本屬于強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系，而樁間距偏大是次要原因。

3.3 濕陷性檢測(cè)

7月6—13日，試驗(yàn)單位采用人工探井取土，對(duì)左壩肩樁間距為1.4m的試驗(yàn)樁樁間土樣進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)檢測(cè)，取土深度3～13m，共檢測(cè)11個(gè)部位，其中在200kPa荷載下深度7m、9m、10m三個(gè)部位濕陷系數(shù)仍大于0.015。檢測(cè)結(jié)果表明：左壩肩濕陷性黃土采用間距1.4m的素土擠密樁處理后，雖然樁間土體平均壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求，但其消除地基濕陷性的實(shí)際效果較為顯著。

7月30—8月6日，試驗(yàn)單位對(duì)樁間距調(diào)整為1.2m的試驗(yàn)樁樁間土樣進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)檢測(cè)，取土深度1～16m，共檢測(cè)16個(gè)部位，16個(gè)部位自重濕陷性全部消除，其中深度1m、5m、7m、8m、9m、10m六個(gè)部位濕陷系數(shù)仍大于0.015。后進(jìn)行核算，在假定壩體填筑完成并蓄水飽和的壩體土的實(shí)際壓重條件下，此6處土體的上覆荷載均未超過(guò)200kPa及各自的濕陷起始?jí)毫?，可認(rèn)為此6處土體雖仍具有濕陷性，但土體濕陷性的危害基本消除。

4 處理方案及標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整

根據(jù)素土擠密樁試驗(yàn)及濕陷性試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，參建各方對(duì)素土擠密樁方案等進(jìn)行專(zhuān)題研究，合理調(diào)整了處理方案及合格判定標(biāo)準(zhǔn)。

調(diào)整處理方案：左壩肩及右壩肩素土擠密樁樁間距由1.4m均調(diào)整為1.2m；樁間土檢測(cè)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，若壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求，則按壓實(shí)度檢測(cè)頻率的20%進(jìn)行濕陷性檢測(cè)。

合格判定標(biāo)準(zhǔn)：樁間土體的平均壓實(shí)度和最小壓實(shí)度、樁身的最小壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的，即判定為合格。樁間土體、樁身壓實(shí)度不滿足設(shè)計(jì)要求的，以濕陷性試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果結(jié)合各部位土層實(shí)際上覆荷載進(jìn)行判定。濕陷性完全消除的，判定為合格；自重濕陷性完全消除，部分土體仍有濕陷性的，若該深度土體上覆實(shí)際荷載小于其濕陷起始?jí)毫Φ呐卸楹细瘛?/p>

5 工程施工驗(yàn)證

根據(jù)原設(shè)計(jì)指標(biāo)和試驗(yàn)確定的參數(shù)，南村水庫(kù)壩基左岸臺(tái)地區(qū)域的素土擠密樁順利實(shí)施，由于該部位在壩基河床內(nèi)，含水率偏大，其檢測(cè)數(shù)據(jù)完全符合原設(shè)計(jì)指標(biāo)。

根據(jù)調(diào)整后的樁間距設(shè)計(jì)參數(shù)和合格判定標(biāo)準(zhǔn)，南村水庫(kù)左壩肩的素土擠密樁樁間土壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)的部分按照給定的頻率進(jìn)行了4次濕陷性檢測(cè)，結(jié)合上覆荷載比較，綜合判定濕陷性均已消除，滿足了設(shè)計(jì)要求。

6 初步結(jié)論