灰土挤密桩在湿陷性黄土渠基处理中的应用

晁向阳 张玉波

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

灰土挤密桩作为处理湿陷性黄土地基的一种常用施工方法，已在高速公路、铁路、大型厂区建设中被广泛应用，灰土挤密桩成桩为横向挤密，对于消除地基土的湿陷性、提高地基承载力、降低土体压缩性效果显著，可有效提高抵抗湿陷的能力，减小工后沉降。在施工中可就地取材，降低工程造价，施工简单、见效快。现就灰土挤密桩在南水北调中线渠道工程某段湿陷性黄土渠基加固处理中的应用实例作简要介绍。

1 工程概述

南水北调中线荥阳境内某段渠道工程，渠基岩性主要由第四系黄土状中、重粉质壤土等组成，本渠段黄土状土多属非自重湿陷性黄土，个别地点具自重湿陷性，场地湿陷类型为非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级多为I级（轻微）。全新统冲积成因（alQ4）的黄土状土多为中等湿陷性，湿陷深度一般2～4m；上更新统冲洪积成因（alplQ3）的黄土状土多为轻微～中等湿陷性，局部具强湿陷性，湿陷深度一般3～8m，局部可达10m。湿陷起始压力一般10～200kPa。根据设计要求，需对此湿陷性地基渠段进行挤密桩加固处理，工程量约13万m。挤密桩处理地层为湿陷黄土，设计有效加固深度一般为8m，要求消除地基的全部湿陷量，处理后的基础设计荷载为200kpa。

2 工艺原理及特点

灰土挤密桩是采用冲击成孔，孔内回填、夯实三七灰土对湿陷性软土进行挤密，灰土桩体由石灰和土拌和夯填而成，石灰和土的拌合物通过凝硬反应，以及石灰的碳化与结晶等物理化学反应形成具有高强度和大模量的灰土桩，相邻桩体成孔挤密后，对桩体周围土体充分扰动，使土体原有结构变得紧密，干密度增大，桩体及桩间土均得到有效加固，从而形成人工复合地基，达到改善土质、降低土体原始孔隙比和压缩性、消除湿陷性对地基的影响、提高地基承载力的目的。其优点是原位处理、深层挤密、就地取材、以土治土，具有施工简单、成本低、工效高、见效快等特点。

3 主要设计要求

⑴ 挤密桩施工分2序进行，成孔时隔排隔孔进行，2序孔位于1序孔之间，完成一序孔后再实施二序孔施工。

⑵ 挤密桩单桩桩径400mm，等边三角形布置，桩中心间距700mm。

⑶ 有效加固深度为8m，桩体回填灰土夯实系数不宜小于0.97，桩间土的最小挤密系数不小于0.88，基础设计荷载为200Kpa。

4 施工工艺

4.1 施工工艺流程

工艺流程：生石灰消解→冲击成孔→灰土拌和→灰土拌合料回填夯实→桩体及桩间土质量检测。

4.2 挤密桩施工参数

根据工程区地质条件，通过生产性试验取得出灰土挤密桩施工参数：

（1）三七灰土使用STJ-185A稳定土拌和机拌制；

（2）采用沉管法隔排隔孔成孔、夯实，成孔设备为DD30A柴油打桩机。桩体回填料采用偏心轮夹杆式夯实机夯实，夯锤底面为倒置尖锥形，锤重为200kg，锤径为300mm，夯击频率30次/min；

（3）填料夯实前，孔底预夯8～10击，之后每回填7锹灰土(0.005m3)，夯击6次，循环至孔口处。

4.3 施工方法

4.3.1 准备工作

（1）材料

石灰采用Ⅲ级以上生石灰，石灰在使用前7-10天充分消解，每吨石灰用水量约500～800kg。石灰中CaO、MgO含量不低于50%。土料采用一般粘性土，不得含有有机杂质。土料的含水量按最优含水量的±3%进行控制，若含水率不能满足要求，采取加水补充含水率、晾晒降低含水率等方法使其满足要求。

灰土配合比：消石灰和土的体积比为3:7。

在某教学楼的施工过程中，采用框架结构，平面为L型，总工程面积为2 600 m2，能够抵抗6级地震。采用锚杆静压法提高工程地基承载力，使其完全满足设计要求。各桩承载力为450 kN，极限最大承载力为600 kN。由于基础中有一些孤立的石头，在柱座下提前预留了一个压缩桩孔，用螺纹钢筋作为锚杆，设置方式如图1所示。

根据土工试验，三七灰土最大干密度为1.59g/cm3，最优含水率为19.1%。

（2）场地整理

为方便桩机就位操作，先采用推土机将场地平整好，清理表层土集中堆放至指定渣场。按挤密桩地基处理布置图进行放样，用白石灰标出地基处理区域边线。并在施工区域两侧做好排水措施。

（3）测定桩位

由测量人员根据桩位布置图在实地上测放出准确桩位，并做好明显的标识，可采用白灰眼标示。

（4）桩机就位

移动桩机，平稳就位后，使其沉管（柱锤）锥尖正对桩孔中心点，沉管垂直。

4.3.2 成孔

挤密桩施工分2序进行，成孔时应隔排隔孔进行，完成一序孔后再实施二序孔施工。

4.3.3 填料夯实成桩

（1）灰土的拌合速度应与夯填进度一致，拌好的灰土应在当天用完，不能过夜。

（2）打桩机成孔后，夯实机要及时准确稳定就位，夯锤正对桩孔中心，使夯锤能自由下落至孔底。

（3）回填夯实前应进行底夯处理，底夯时夯击次数为8击次以上，听到清脆锤声为止。

（4）回填灰土使用专用的运料车（0.12m3）运至孔口边，安排专人用铁锨分层填料，夯击与填料交替进行，每10～20cm夯击6次，18～25min内完成一根桩体回填夯实。

（5）移至下个孔位，重复上述步骤，直至全部完成。

（6）成桩结束后，采用推土机清除桩顶以下松动层。

5 质量检查与控制要点

（1）成孔质量检查，包括成孔前对桩位、桩管垂直度的复查和成孔后对孔深、孔径、桩孔垂直度等指标的检查。

（2）回填料质量检查，包括原材料质量是否符合要求，混合料掺拌是否均匀，含水量是否适宜，料径是否达标等内容。

（3）桩体夯填质量检查，包括夯填时对每次填料量、夯击次数的检查，夯填完成后对桩身及桩间土抽样测定干密度，并将其分别换算为平均压实系数和平均挤密系数，抽样检验数量不少于桩总数的1.5%，同时还应测定全部处理深度内桩间土的压缩性和湿陷性。桩体全部完成后通过复合地基荷载试验检测地基承载力是否达到设计要求，检验数量不应少于桩总数的0.5%。

（4）正式施工前，对配备的夯实设备进行夯实试验，确定虚填料的厚度和夯击次数，并在施工过程中按照确定的施工参数严格控制。

（5）三七灰土拌和要严格控制土料的含水量和掺拌比例，保证测定干密度的有效性。

（6）夯击过程中，操作人员随时观察夯机的运转状况，确保夯击就位准确，夯锤提升高度

结语

该段渠基处理施工已于2011年10月份完成，从施工检测结果来看，该渠段基础采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基满足地基承载力的要求，有效的消除了地基的湿陷性，为渠道后续工序作业奠定了基础，且灰土挤密桩施工工艺简单，工程造价相对较低，施工效率高，在湿陷性地基加固处理方面具有明显竞争优势。

[1]JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[2]《建筑施工手册》[M].第四版.中国建筑工业出版社，2003.