素土擠密樁法在金沙灘水庫壩基處理中的應用

付 梁

(山西省萬家寨引黃工程管理局太原分局)

任何建筑物的荷載最終將通過基礎傳遞到地基上。凡是基礎直接建造在未經加固的天然土層上時，這種地基稱為天然地基。若天然地基很軟弱，則事先要經過人工處理，這種地基稱之為人工地基，其處理過程稱為“地基處理”(soil treatment)或“地基加固”(soil improvement)。地基處理方法主要分為:換土墊層法，振密、擠密法，排水固結法，置換法，加筋法和冷熱處理法等。土擠密樁法屬于地基處理方式中的振密、擠密法。

土擠密樁法由原蘇聯阿別列夫教授于1934年首創，并在工程中得到廣泛應用。我國自20世紀50年代中期開始在西北黃土地區進行土擠密樁法的研究和應用。60年代中期，西安地區在土擠密樁法的基礎上成功地研究了灰土擠密樁法，并在70年代逐步推廣應用。土擠密樁法是利用成孔過程中的橫向擠壓作用，將樁孔內的土擠向周圍，使樁間土擠密，然后將素土填入樁孔內，并分層夯填密實至設計標高。夯填密實的土擠密樁，與擠密的樁間土形成復合地基，上部荷載由樁體和樁間土共同承擔。對土擠密樁法，若樁體和樁間土密實度相同時，形成均質地基。

土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土、雜填土等地基，處理地基深度一般為5－15 m。此法不僅常用于房建工程，也適合橋涵、道路和水利等工程，其具有原位處理、深層擠密和以土治土等特點，在我國西北和華北地區廣泛應用于處理深厚濕陷性黃土、素填土和雜填土地基，具有較好的經濟效益和社會效益，是一種比較理想的地基處理方式。

1 工程概況

1.1 概述

金沙灘水庫是萬家寨引黃入晉北干線上的一座調節水庫，位于朔州市懷仁縣新家園鄉尚希莊村，大峪河灌區東干渠的左側，庫址緊鄰引黃北干輸水線路。水庫的主要任務是調節引黃水量，保證8－9月間停止引水期間或當輸水線路因意外事故而中斷供水時，利用庫存水量向大同、左云、山陰、懷仁等受水區持續供水。水庫校核洪水水位1 115.08 m，相應庫容1 120.21萬m3;正常蓄水位1 114.89 m，相應庫容1 101.7萬m3;死水位1 103.0 m，相應死庫容67萬m3。

水庫為半挖半填型，壩軸線總長3 992.60 m，碾壓均質土壩，采用復合土工膜全庫盆防滲。

水庫工程主要建筑物有大壩、庫區防滲、進出水系統、泄水、山陰供水系統以及公路、管理用房等附屬設施。水庫進水口布置在庫區西南側，入庫流量7.7 m3/s;出水口布置在庫區東北側，出庫流量7.3 m3/s。出水采用壩下廊道內套管型式與下游輸水線路相接。水庫放空及山陰供水共用一個泄水口，布置在庫區東北側。山陰供水管線采用DN800球墨鑄鐵管與上游輸水線路相接，總長約2.3 km。水庫放空管出口工作閥室后設消力池，池后接泄水埋涵，水流泄入尚希莊河，總長約2.3 km。大峪河灌區東干渠位于庫區右側，為確保洪水期的大壩安全，對部分洪灌渠道進行清淤護砌，護砌長約2.1 km。大壩外坡腳線外設縱向排水溝，排水溝外設4 m寬繞壩公路，瀝青路面，長4.4 km。

1.2 工程地質

金沙灘水庫庫區地形較平坦，庫區地層沉積為大峪口河流山前洪積堆積物，地層分布韻律差，沉積交錯雜亂。主要地層有:人工堆積(Qs)、第四系全新統洪沖積(Q4pal)、第四系上更新統洪積(Q3pl)、第四系中更新統洪積(Q2pl)，巖性主要為低液限粉土、低液限黏土、粉土質砂、卵石混合土、混合土卵石、級配不良礫、級配不良砂。

據庫區及周圍機井的調查情況，地下水位埋深約70－90 m。

壩址地層為第四系全新統洪沖積、上更新統洪積、中更新統洪積堆積物，巖性主要為低液限粉土、低液限黏土、粉土質砂、卵石混合土、混合土卵石、級配不良礫、級配不良砂。壩基土主要為第四系上更新統低液限黏土、低液限粉土及粉土質砂，均具有濕陷性。壩基為非自重—自重濕陷性場地，濕陷土層下限深度為1.5－12.5 m，濕陷等級多為Ⅰ級(輕微)－Ⅱ級(中等)，局部為Ⅲ級(嚴重)。濕陷等級為Ⅰ級的濕陷土層厚度為0.5－7.0 m，平均厚度約為3.3 m;濕陷等級為Ⅱ級的濕陷性土層厚度為3.6－12.1 m，平均厚度約7.5 m;濕陷等級為Ⅲ級的濕陷性土層厚度為10.4 m。

2 壩基處理設計方案及技術參數

2.1 壩基處理設計方案

根據金沙灘水庫壩基的地質情況，基礎處理以處理土的濕陷性為主。壩基濕陷性土層處理方法選用錐柱擠密樁來消除壩基濕陷性，處理的重點是開挖深度較淺及濕陷等級為Ⅱ級的地段。

樁內填土采用素土即庫區開挖土，樁徑400 mm，梅花形布置，樁距因地基類型不同而不同。非自重輕微濕陷性場地樁距為1.4 m，非自重中等、嚴重濕陷性場地樁距為1.2 m。有效樁長:自建基面至底部樁端的長度，不含孔口挖除的0.5 m樁長，平均有效樁長6 m。

2.2 技術參數

樁體填土壓實度≥95%，樁距1.2 m的樁間土干密度≥1.5 g/cm3，樁距1.4 m的樁間土干密度不作要求。

3 施工方法

3.1 工藝試驗

由于本工程基礎多具有濕陷性，根據設計要求，采用素土擠密樁對壩基進行加強處理。為給此項工程提供可靠的施工參數，分別于2009年7月11－22日和8月5－8日，共進行了兩次生產性工藝試驗。根據兩次試驗的檢測成果，最終確定的施工工藝及參數如下:

(1)填土料各指標按設計要求執行;

(2)采用柴油錘錘擊沉管成孔及吊線錘沖擊成孔;

(3)主要用夾桿錘(≥150 kg，60 cm沖程)夯填，按10 cm夯3擊施工。輔以線錘(≥300 kg，

2.0 m沖程)，按40 cm夯6擊施工。

3.2 施工布置和順序

隨著工程建設計劃目標的大幅提前，承包商對擠密樁的作業面布置和施工順序進行了調整，施工高峰期由原來的4個作業面(每個作業面2－3個壩段)平行施工調整為10個作業面(1個壩段為一個作業面)平行施工，每個作業面布置3－5臺機組同步施工。素土擠密樁法施工場景見圖1。

圖1 素土擠密樁法施工場景

3.3 工藝流程

由于素土擠密樁樁距較小，為防止成孔及夯實過程中出現塌孔現象，采用隔點跳孔施工，其施工工藝流程如下:場地整平→樁位放樣→樁機就位→樁點校驗→成孔→孔底夯實→土料檢測、運輸→填土夯實→成樁→檢測。

3.4 成孔方法

3.4.1 錘擊沉管成孔

樁機安裝就位后，使其平穩，然后吊起樁管，對準樁孔位，并在樁管和樁錘之間墊好緩沖材料，緩緩放下，使樁管、樁尖、樁錘在同一垂線上，然后利用錘的自重將管樁擊入土中，如此循環往復。

樁尖開始入土時，先低錘輕擊或重打，待樁尖沉入土中1－2 m后，按照預定的速度、落距，錘擊沉管至設計高程。

3.4.2 沖擊成孔

沖擊成孔是利用沖擊鉆機將5－6 t重的錐形錘頭提升0.5－2.0 m的高度自由落下，反復沖擊成孔。開孔時低錘輕擊，錘頭全部入土后，再按正常沖程沖擊。

壩基擠密樁成孔質量檢測結果見表1。

表1 壩基擠密樁成孔質量檢測結果統計表

3.5 填土夯實及成樁

樁孔成形后，對孔徑、孔深、傾斜度、中心位置進行檢查，全部合格后，選用就近挖取的純凈黃土或一般性黏土、粉土進行夯填施工。夯實機就位后及時校正，保證夯錘能垂直落入孔底。回填土料前，對樁孔底部進行夯實，直至孔底發出清脆夯擊聲音后，才開始回填土料。自卸汽車及裝載機運土，人工及機械裝土入孔，夯填土料采用夾桿錘或線錘夯實。

4 質量檢驗

素土擠密樁主要質量檢測項目為樁身壓實度、樁間土干密度。樁身壓實度檢測總樁數的0.5%，樁間土干密度檢測按三樁一組進行檢測，檢測數量為總組數的1%，按孔深每米取一個土樣進行土樣檢測，檢測頻率和結果滿足設計要求。擠密樁取樣檢測探井見圖2。

圖2 擠密樁取樣檢測探井1

樁身夯填質量檢查:設計要求樁身壓實度不小于95%，檢測數量為總樁數的0.5%;在全部孔深內每米取樣檢測其干密度，合格率不小于80%。樁身壓實度至少取樣檢測1 035根樁，實際取樣檢測1 129根樁;檢測結果為:平均壓實度最小值84.6%，最大值99.3%，平均值96.9%，合格率為89.8%。

樁間土擠密質量檢查:設計要求擠密后的樁間土干密度不小于1.5 g/cm3，濕陷系數小于0.015;按三樁一組進行檢測，檢查數量為總組數的1%，檢查孔每米孔深取一個土樣進行檢測，合格率不小于80%。樁間土至少應檢測386組，實際取樣檢測438組。檢測結果為:樁間土平均干密度最小值1.50 g/cm3，最 大 值 1.67 g/cm3，平 均 值1.53 g/cm3，合格率100%;樁間土平均濕陷系數最小值0.002 3，最大值0.017 0，平均值0.007 2，合格率99%。

5 結語

對于濕陷性黃土地基，采用素土擠密樁法進行處理，不僅能夠做到就地取材，提高施工效率，節約工程投資，而且對其濕陷性的消除效果也較好。但施工前，必須進行多樣性的生產性試驗，以便于設計參數的復核和修正，同時能夠充分取得正確的施工參數和施工工藝。

［1］鄭俊杰.地基處理技術［M］.武漢:華中科技大學出版社，2004.

［2］JGJ79－2002 建筑地基處理技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.