1、穿黄项目软地基处理素土挤密桩施工技术研究与应用摘要南水北调穿黄工程北岸标连接明渠位于黄河以北阶地上，分布长度 3840.53m，为半挖半填渠道，其中穿黄桩号 17+20019+304.5 段，属于 Q3 黄土状粉质壤土层，存在非自重弱湿陷性，相对地下水位较深，但从总体地基承载力分析，远远不能满足所建工程地基承载力的要求，因此，经设计单位分析评估，为解决地基承载力问题，采取了土挤密桩法对此段地层进行处理。对于对软地基加固中素土挤密桩施工工艺，可供类似工程借鉴。 关键词素土挤密桩非自重弱湿陷性地层处理 中图分类号：TU47 文献标识码：A 1、工程概况 1.1、工程简介 南水北调中线一期穿黄工程标
2、北岸河滩明渠区域为填方、半填方渠道，渠基主要由 /Q42 砂层组成，渠基上部地层为粉砂、细砂、黄土层等地层组成。北岸连接明渠 15+463.9719+304.5 段属于 Q3 黄土状粉质壤土层，地面高程 110.40m103.40m，最大填方高度 6.6m。渠坡及渠底均为层 Q3al 黄土状粉质壤土，呈可塑硬塑状，夹有砂壤或粉质粘土透镜体。层黄土状粉质壤土具有弱湿陷性，渠基土存在湿陷性问题。根据设计文件、图纸要求、设计通知，渠道 17+20019+304.5 段均采用素土挤密桩进行处理。所选用的回填土料均采用的是业主提供的土料场内轻粉质壤土。 为确保素土挤密桩处理的效果，我部根据设计方案先后组
3、织了两次现场生产性试验，最终确定了满足设计要求的桩间距参数。根据确定的沉管法施工参数为：桩孔间距 900mm、等边三角形布置桩位，成孔直径450mm，成桩深度 8.0m。 1.2、地质条件及评价 素土挤密桩施工场地地形平坦，为黄河残存的二级阶地。地层自上而下分为 2 层，分述如下： 第层人工堆积层（Q4ml）：素填土,黄褐色，质地不均，结构紊乱，以粘性土为主，含砖块、煤块等，层厚 0.51.0m。 第层全新统冲积层（Q3al）：黄土状粉质壤土：黄褐色，质地均一，含氧化物及蜗牛壳碎片，可见零星结核，稍湿，可塑。 根据地质复勘资料可知： （1）该段施工区表面平坦开阔，无不良地质现象； （2）原地层
4、物理力学性质指标 （d 平均=1.52 g/cm3，标准灌入击数 N=6.610.2 击）不能满足对渠堤基础（d 平均1.65 g/cm3，N12 击）的要求，应进行工程基础处理； （3）工程区域内地下水埋深 16.517.5m，可不考虑地下水对工程的影响。 1.3、施工技术要求及参数 1.3.1、施工技术要求 桩间土挤密系数0.93； 桩体土压实系数0.96； 地基处理深度 8m； 成孔直径450。 1.3.2、施工参数 根据在施工现场组织的现场生产性试验，并经由业主、设计、监理单位联合审议，确定的沉管法施工参数为：桩孔间距 900mm、等边三角形布置桩位，成孔直径 450mm，成桩深度 8
5、.0m。 桩孔夯填：孔底预夯8 击，每一锹土夯击次数2 击，夹杆式夯实机的夯机频率 30 次/min。 沉管法所采用设备的技术性能参数见下表。 2、施工依据 湿陷性黄土地区建筑规范 （GBJ500252004） ； 建筑地基基础设计规范 （GB500072002） ； 建筑地基处理技术规范 （JGJ792002） ； 建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB502022002） ； 建筑安装工程质量评定标准 （GBJ30188） 。 3、施工方案 3.1、施工安排 在 17+20019+304.5 段内大面积施工采用沉管法成孔，偏心轮夹杆式夯实机夯填素土；同时，对于施工区段内有地面输电线路、通
6、信线路无法采用沉管施工的地段，采用柱锤冲击法成孔，提升式夯实机夯填素土。 挤密成孔和夯填素土的顺序均按照由先外后里，隔排隔行，同排间隔 12 孔跳打，成孔结束后，立即进行夯填素土，以防止邻孔之间互相挤压或振动坍塌。 在桩体夯填前，对填筑用料进行土料击实试验，得出桩体填充料的最优含水率、最大干密度等检测数据。 施工顺序布置图： 3.2、施工工艺流程 土挤密桩施工工艺流程见下图： 3.3、各工序施工方法 3.3.1、清理平整施工场地 施工前，首先对场地用 T160 推土机进行清理整平，并由测量人员会同监理对清基厚度进行联合测量，使施工基础面高程达到设计要求。并对挤密桩施工范围内的坑穴进行回填处理，
7、使之达到设计要求。 3.3.2、测量、定位放线 先由测量人员根据施工桩位平面，用全站仪放出每个单元工程轴线，并做好轴线控制点，控制点为 300mm 场地木桩钉小钉，木桩四周用混凝土固定，以免发生轴线偏移，再由现场施工技术人员按桩间距 900mm、排距 779mm 等边三角形布置桩位，桩位点用 25mm、深 200mm 的白灰眼确定，并测量场地高程；每个单元工程桩位放完后进行复核。并经监理验收合格后方可进行施工。 3.3.3、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。 3.3.4、挤密成孔 冲击法成孔：将 ZH-20T 柱锤冲击机平稳就位，使柱锤锤尖正对空心，启动卷扬机
8、将 1.6t 柱锤提升到一定高度，自由下落冲击土层，开孔时低垂勤击，待锤头全部入土后再按正常冲程锤击，在钢丝绳上设置长度标志，用于观测冲孔深度，如此反复冲击，直至达到设计成孔深度。 沉管法成孔：将桩机平稳就位后，使桩管正对孔心，启动固定在打桩机架滑道上的导杆式柴油打桩锤，锤击沉管，开始时轻击慢沉，待桩管稳定后再按正常速度沉管，达到设计孔深后，拔出沉管，进行下道工序。 3.3.5、桩孔夯填 土料：土料均自业主提供的土料场内合格土料，土料自料场拉运至现场 50m 范围内堆存，不得含有杂土、砖瓦、块石、木屑、杂草等，土块粒径不得大于 15cm，土料质量根据击实试验的最大干密度和最优含水量控制，夯填土
9、的含水量为最优含水量的+3%进行控制。 夯实机要准确稳定就位，夯锤正对桩孔中心，使夯锤能自由下落至孔底。 孔底夯实：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。 回填夯实： 1、对桩锤冲击法成孔的采用卷扬机提升式夯实机回填夯实，夯锤重350kg，夯锤落距 2m，每次分层填料厚度 30cm，每层的填料量为0.05m3（压实方） ，分层夯击 5 击以上；人工填料时，用专用的输料（0.06m3）运至孔边，安排专人用铁锹均有填入，不得盲目乱填。 2、对沉管法成孔的采用偏心轮夹杆式夯实机夯实，夯锤中 150kg，夯击频率 30 次/min；人工填料时，用专用的输料车（0.
10、12m3）运至孔口边，安排专人用铁锹填料均有填入，每一锹料（0.005m3）夯击两次，1825min 内完成一根桩体回填夯实。 施工中，记录每一桩孔的填料量和夯实时间。 3.3.6、移至下个孔位 移至下个孔位，重复上述步骤，直至第 N 个桩。 3.3.7、清除松动层 成桩结束后，按设计要求对沉管施工成孔的桩顶以下 0.25m 土层厚度采用 SD160 推土机清除松动层，剩余 0.25m 做为回填的第一层进行碾压；冲击法成孔的桩顶以下 0.9m 土层厚度采用 PC220 挖掘机清除松动层，剩余的 0.3m 做为回填的第一层进行碾压。 3.3.8、底面层碾压 松动层清除完成后，采用 20T 自行式
11、振动碾对预留的第一层进行碾压 8 遍，经检测达到设计规定压实标准 0.98 后方可进行上层土料填筑施工。 待基础面处理完成并合格后，对上层填筑方采用分层回填碾压直至设计高程，土料松铺厚度为 35cm，碾压采用平行渠道轴线方向进行，进退错距法碾压，碾迹搭接宽度 30cm 左右，碾压采用静压 2 遍，动压 8遍，振动频率 30Hz，碾压时行进速度采用一档中油门（1.52.0km/h） ，最高不超过 2km/h。碾压完成后，检查试验人员进行取样检测，合格后，进入下层施工，若不合格，则增加碾压遍数，直至达到设计标准压实度（0.98） 。 分段碾压时相邻作业面交界处以斜坡相接，坡面不陡于 1：3.在接合
12、的坡面上，将表面松土铲除至已压实合格的土层，坡面需刨毛处理，并使含水量控制在规定范围内，方可继续铺填新土进行压实；相邻两段交界带碾迹重迭，与碾压方向垂直的交界带的搭接宽度大于 300cm，且上下层的重迭，宽度不再同一横断面上，至少错开 3050cm。 碾压时，若发现局部“弹簧土”应及时进行挖除，换土料处理，经检验合格后才可铺填新土。 3.3.9、质量检验 施工前应对桩孔位置作检查，使其满足设计要求，施工中应对成孔直径、成孔深度、夯击次数、填料的含水量进行检查并做好施工记录。 每个单元成桩全部结束后，及时按抽样检验的数量（不少于桩孔总数的 1.5%） ，挖探井进行检验土挤密桩处理地基的质量，主要
13、检查施工记录、全部处理深度范围内桩体和桩间土的干密度，并将其分别换算为平均压实系数和平均挤密系数。同时测定桩间土的湿陷性和压缩性。在探井内至地面下 0.5m 开始每 1m 取样 4 组（其中桩间土 2 组位于桩体边线外 10cm 处、桩孔中心的 1/2 处，桩体土 2 组位于桩体中心，桩体边界内 5cm 处。 ） 3.3.10、施工验收 施工完后，积极配合业主、监理、检测单位对桩体和桩间土进行检测，并为之提供各种便利条件，保证检测的顺利进行。 施工资料的整理。 检查整个施工场地，看是否有遗漏桩，再清理施工现场，为下步施工创造好条件。 4、质量控制 施工过程中，应有专人监测成孔及回填夯实的质量并
14、做好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符，并影响成孔或回填夯实时，应立即停止施工，待查明情况或采取有效措施处理后，方可继续施工。 4.1、成孔挤密 沉管法成孔：桩机就位时必须平稳，不发生移动或倾斜，桩管应对正桩孔。沉管开始阶段应轻击慢沉，待桩管方向稳定后再按正常速度沉管。当桩管沉至设计深度后应及时拔出，不要在土中搁置时间过久，拔管困难时可用水浸润桩管周围土层或将桩管旋转后再拔出，以防孔口破坏。成孔后若发生桩孔严重缩颈和回淤，应填入回填土等，重新沉管成孔。 冲击法成孔：为防止孔口破坏和保证锤头准确入土，在钻机上应装有钢管导向器。开孔时应低锤勤击，锤头全部入土后再按正常冲程锤击，一般不宜多用冲程
15、，以免引起坍孔、扩孔或卡锤。在冲击器（钢丝绳）上应设有长度标志，以便观测和掌握冲孔的深度。 成孔后深度必须满足设计要求，并检验成孔效果（如有无缩孔、坍土等现象） ，并做好详细记录，成孔后如出现坍落土，孔深度减少在0.5m 之内时，可采用加大底夯次数（一般在 8 击以上）的方法解决；当孔深度减少 0.5m 以上时，可采取二次冲孔复打的方法解决。若孔底出现饱和土或严重回淤时，应在孔内填入干砂、碎石、生石灰或干灰土重新复打成孔。 4.2、桩孔回填夯实施工 土挤密桩施工时在成孔或拔管过程中，对桩孔（桩顶）上部土层有一定得松动作用。因此，施工前应根据选用的成孔设备和施工方法，在基底标高以上预留一定高度的
16、松动土层，沉管成孔为 0.5m0.7m，冲击成孔为 1.2m1.5m，冬季施工可适当增大预留松动层厚度，待成孔和桩孔回填夯实结束后，将表层挤松的土挖除或分层压（或夯）实，压实度不应小于 0.98。 在夯实机就位后应保持平稳，使夯锤对中桩孔，能够自由落入孔底。桩孔内有杂物和积水应清除干净，填料前应先夯实孔底。人工填料时应制定专人按规定数量均匀填入，不得盲目乱填，更不能用送料车直接倒料入孔。 雨期或冬季施工，应采取防雨、防冻措施，防止土料受雨水淋湿或冻结。 挤密成孔后待检查合格，就应立即回填夯实，夯填的次序是先底夯，保证有效处理深度，底夯一般要 8 击以上，听到清脆锤声为止，这时开始填料夯实，通常
17、每次分层填料厚度约 20cm30cm，夯锤提高 1.5 吗2.5m，夯 5 击以上，当听到清脆锤声，方可进行上一层填料夯实。 人工填料应指定专人按规定数量均匀填进，不能盲目乱填，严禁直接倒料入孔。桩体夯填料的压实系数不小于 0.97，桩间土（三孔间土）的平均挤密系数应不小于 0.93，最小挤密系数应不小于 0.88。 4.3、质量检查与验收 土挤密桩施工，必须遵照执行行业规范，相关技术要求及合同规定要求，质量评定要求及规定。 施工前应对土的质量、桩孔位置等作检查。施工中应对桩孔直径、桩孔深度、夯击次数、填料的含水量等作检查。施工结束后，对土挤密桩加固处理地基的质量，应到固结期结束后（一般为 12 周） ，进行抽样检验，抽样方法宜采用探井取样。
