灰土擠密樁法在南水北調工程施工中的應用

□袁 波（河南省水利第一工程局）

0 前言

灰土擠密樁使用爆擴、沖擊、沉管等方法擠土成孔，成孔后，使用灰土進行夯填，然后形成灰土成樁，在成樁的過程中，通過對成孔過程中橫向擠壓作用，把樁孔中的土擠向四周，從而使得樁間的土被擠密，然后在樁孔中把備份好的灰土分層填入。并分層夯實至設計標高,用灰土分層夯實的樁體稱為灰土擠密樁。灰土擠密樁復合地基在工程中提高地基承載力，減小沉降，部分或全部消除地基土濕陷性。

1 工程簡介

南水北調中線一期工程在河南滎陽市境內，由河南省水利第一工程局承建。渠線上分布有崗地、河谷，是由淮河和黃河沖積的平原，整體的地勢為南高北低、西高東低。沿線空間隨機分布了黃土狀的土濕陷性。無論是垂直方向還是水平方向都不是非常的均勻，在渠段中，只有少部分的區域屬于自重時陷性黃土，大多數的黃土屬于非自重濕陷性黃土。場地的濕陷類型屬于非自重濕陷性黃土場地，大多數的地基濕陷等級為I級（輕微）。上更新統沖洪積成因（alplQ3）的黃土狀土多屬于中等或者輕微濕陷性，部分區域具強濕陷性，濕陷起始壓力一般10～200kPa，濕陷深度一般為3～8m；全新統沖積成因（alQ4）的黃土狀土大部分屬于中等濕陷性，濕陷的深度在2～4m左右。黃土狀土在自然的狀態下強度相對來說比較高，抗沖刷能力不高，由于黃土狀具有濕限性，在遇到水后會出現濕陷變形的情況，強度會顯著降低，會對地基土的強度和渠道邊坡的穩定性造成比較大的影響。

2 灰土擠密樁法特征及其適用范圍

2.1 灰土擠密樁法特征

灰土擠密樁法主要是使用橫向成孔設備進行成孔，對樁間土進行擠密，然后在孔內分層填入灰土，并進行夯實制成灰土樁，和樁間土共同組成復合地基。和其他的地基處理方法相比，灰土擠密樁法特點：①和土墊層相比，不需要對地基進行開挖，節省了地基的開挖和回填的工作量，提高了施工的速度；②灰土樁是使用橫向擠密的方法進行施工，可以滿足加密處理后，最高干密度的指標；③可以就地選擇填入樁孔中的材料；④施工不需要考慮回填和開挖，可以處理13~16m左右的深度。

2.2 灰土擠密樁法的適用范圍

灰土擠密樁法主要在地基為素填土、濕陷性黃土、雜填土等地基上使用，可以處理的地基深度為6~21m，在施工的過程中，如果需要提高水穩性或者地基的承載力，可以使用灰土擠密樁法進行施工，在地基飽和度在66%以上，水的含量在25%以上時，不可以使用灰土擠密樁法。

3 灰土擠密樁法在南水北調工程施工中的應用

根據南水北調中線一期工程滎陽段設計文件要求，堤身基礎濕陷性黃土區域采用擠密灰土樁處理。

3.1 成孔工藝

在進行成孔施工的過程中，沖擊成孔和沉管成孔的方法使用的比較普遍，不過兩種成孔工藝都有其特定的施工環境，在居民比較集中或者城鄉建設的地區一般不允許使用，比如在新建場地多使用錘擊沉管成孔。在對以上方法進行選擇的時候，要從成孔設備、設計要求、環境情況、施工場地的土質情況來進行綜合考慮，工程經過研究決定，使用Km2-12000A型振動沉樁機沉管成孔。沉樁機用直徑400mm鋼管打入土中拔管成孔，樁管頂設樁帽，下端作成60°錐形活動樁尖，施工前在鋼管上標出控制深度標記，以便施工中進行鋼管深度觀測。在沉管成孔施工中，要保持樁機就位必須平穩，不發生移動或傾斜，樁管應對準樁位。沉管開始階段應輕擊慢沉，待樁管方向穩定后再以正常速度沉管。在樁頂設計標高以上預留50cm覆蓋土層。在拔管和成孔的時候，會使樁頂出現松動的情況，所以在施工前，要根據施工方法和成孔設備預留出相應的松動土層，樁孔回填完成后，要根據設計要求對其進行處理。

3.2 加固地基土中水的含量

在對樁間土和成孔施工進行擠密時，擬處理地基中水的含量非常關鍵，經過施工證明，當飽和度>75%，水的含量>24%時，會出現樁周土隆起和樁孔收縮頸的情況，擠密效果非常不好，當天然土中水的含量低于12%時，土質非常堅硬，在進行擠孔非常困難，而且會損壞設備。在天然土中水的含量接近最佳含水量時，可以得到比較好的樁間土擠密效果，所以在成孔的過程中，要把擬處理基土中水的含量控制在最佳的狀態。

3.3 樁孔夯填施工

①夯實成樁時，首先要對夯機進行固定，并照準樁孔的中心，然后分別進行底夯、填料、夯實填料、至設計樁頂標高、移動夯機的位置。②要對樁孔內的積水和雜物進行清除，將孔底夯實后，才可以進行填料。要根據規定要求的數量進行人工填料。為確保處理深度的有效性，首先要對底部進行夯填，夯擊的次數為8次，填料夯實要在聽到清脆錘聲后進行。③夯實機就位后確保夯機的穩定性，要保證夯錘可以自由的落入到孔底。④要使用符合規定標準的土料，為了保證土塊的顆粒直徑在15mm以內。土料使用前要進行過篩。⑤為確保灰土中水的最佳含量，對灰土中水的含量進行測量，在灰土含水量在最佳含水量19.50%的± 2%以上時，要立即進行晾曬和灑水。⑥生石灰一般要消解4d左右，消解完成后，對石灰進行過篩，要把石灰的粒徑控制在5 mm以內，在石灰中，不可以含有沒有熟化的生石灰，石灰的質量要在三級以上，Cao+Mgo的活性成分要在一半以上。⑦按照3：7的比例對灰土進行拌和，要保證拌和灰土顏色的一致性和拌和的均勻性，不允許使用隔天拌和的灰土。⑧施工過程中，夯錘的高度為2.10~2.60m，分層填料的厚度為36cm。每層夯擊的次數為七次，在有清脆聲傳出后，才可以對上一層的填料進行夯實，樁孔的夯填高度要控制在設計樁頂30cm以上。在樁頂的上方預留出厚度為50cm的土層，施工完成后，挖除表層擠松的土。⑨使用斗車填料的方法進行灰土填料，在開始前，要先把鋪填的厚度所需要的料量計算出來，然后把料放到斗車中，并對斗車內部的邊緣四周進行周線性標記，并根據標記進行填料。為了避免填料出現傾灑的情況，要在孔口設置漏洞。

4 施工中常見的質量問題和質量檢測

4.1 常見的質量問題

第一，在進行夯打時，經常會遇到涌水、滲水和積水的情況，此時可以將水從地表中排出來。第二，在夯打的過程中，如果出現了堵塞、縮徑、孔壁坍塌、擠密成孔困難時，要按照成孔的基本順序進行施工，對樁的擠密范圍進行控制，打一個孔要填一個孔，為了保證含水量可以接近最佳含水量，當水量過低時，要先對其進行浸水，含水量高過高時，要使用干水泥、生石灰塊、粉煤灰、干砂填入孔中。第三，在施工的過程中，深度不夠時，要對水下部分進行整改，從而對此問題進行彌補，如果遇到障礙物，要先使用洛陽鏟將障礙物挖除，或者在周圍增加樁數。

4.2 質量檢測的方法

對于普通的工程來說，只需要對全部深度的樁間土和內樁體和施工記錄進行檢查，對于比較重要的工程來說，還需要對整個處理深度內樁間土的濕陷性和壓縮性進行檢測，抽取的檢驗數量，要在總樁數1.50%以上。

4.2.1 荷載試驗法

一般對于比較重大的工程要使用荷載試驗的方法來對濕陷情況和承載力進行檢測。

4.2.2 環刀取樣法

首先將樁身剖開，然后從基地順著深度方向使用小環刀獲取原狀夯實的土樣，再對干密度進行測定。

4.2.3 輕便觸探檢驗法

利用夯填的方法得到“檢定錘擊數”，在施工的過程中通過對錘擊數進行檢測來判斷施工是否合格。

在進行檢驗的過程中，為防止二灰和灰土的膠硬強度對試驗造成影響，二灰樁需要在施工后3d后進行檢測，灰土樁需要在樁孔夯實2d后進行檢測。

5 結語

在降低水的滲透性和土的濕陷性方面，土擠密樁和灰土擠密樁的效果差別并不是特別大，不過灰土擠密樁的水穩性和承載力要優于土擠密樁地基。在施工過程中，要根據實際的施工要求來選擇施工方法。由于雜填土和素填土的濕陷性比較低，承載力也不高，但是壓縮性非常高，在對地基進行處理時，要把提升承載力、降低壓縮性作為主要的施工目的。

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