灰土挤密桩法加固地基施工

苏 波

(中国水利水电第十工程局有限公司,四川成都 610072)

1 概 述

灰土挤密桩加固地基是一种人工复合地基,属于深层加密处理地基的一种方法,主要作用是提高地基承载力、降低地基压缩性、对湿陷性黄土则有部分或全部消除湿陷性的作用。灰土挤密桩利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填灰土成桩。成桩时,通过成孔过程中的横向挤压作用,桩孔内的土被挤向周围,使桩间土得以挤密,然后将备好的灰土分层填入桩孔内并分层捣实至设计标高。夯实的灰土与挤密的桩间土组成复合地基,共同承受基础的上部荷载。

2 布置原则

2.1 处理范围

灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的面积应大于基础或建筑物底层平面的面积,并应符合下列规定:

(1)采用局部处理超出基础底面的宽度时,对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,每边不应小于基底宽度的 0.25倍,并不应小于0.50m;对于自重湿陷性黄土地基,每边不应小于基底宽度的 0.75倍,并不应小于 1.00m。

(2)当采用整片处理时,对于超出建筑物外墙基础底面外缘的宽度,每边不宜小于处理土层厚度的 1/2,并不应小于 2m。

2.2 一般设计参数

可用沉管、爆扩、冲击成孔在空中填入粘土或灰土,灰土配合比常用 2∶8,分层捣实,压实系数不小于 0.93,桩距一般取 2.5倍桩的直径,桩径以 35～45cm为宜,适用于地下水位以上深度 5～15m的湿陷性地基。桩顶设 0.5m厚的三七灰土垫层,中间夹铺抗拉强度不小于 100kN/m的土工格栅。

3 施工过程

笔者以某工程为例,简要介绍了其施工方法及一些注意事项。该工程共施工了长 95825m的灰土挤密桩,地基岩性主要为新黄土。采用灰土挤密桩加固地基的主要目的是消除土的湿陷性并提高其承载力。

3.1 施工前的准备工作

(1)复核施工设计图纸、文件以及现场地基、地层地质情况。当地基土的含水率小于 12%或大于 24%、饱和度大于 65%时,应及时通知设计单位予以确认,由设计单位确定是否变更设计。

(2)施工前应进行土方、成孔、夯填和挤密效果工艺试验,确定有关施工技术参数,试桩数量应符合设计要求且不得少于 3根。

(3)进行灰土填料的轻型击实试验,确定施工用的相关参数,如最佳干密度、最佳含水量(注意实际施工时的最佳含水量应低于轻型击实试验做出的最佳含水量)、配合比等。

(4)编制施工方案,并对现场施工作业人员进行技术交底。

3.2 现场清理及放样

(1)施工前,清除地表耕植土。平整场地,清除障碍物,标记处理场地范围内的地下构造物及管线。对于不利于机械运行的松软地段进行压实,使场地平整至满足机械作业施工要求。

场地平整清理后,处理区段地基土的含水量宜接近最佳含水量。当土的含水率低于 12%时,宜对处理范围内的土层进行增湿。增湿处理应在地基处理前 4～6d完成,需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔均匀地渗入到处理范围的土层中。

(2)测量放线,定出控制轴线、打桩场地边线并标识。同时,根据设计图要求进行桩位布置、编号并标识。

(3)成孔机械表面应有明显的进尺标记,以此控制成孔深度。

3.3 成 孔

(1)施工准备工作就绪后,桩机就位,将沉管尖对准桩位,调平扩桩机架,使桩管保持垂直,用线锤吊线检查桩管垂直度,确保垂直度偏差不大于 1.5%。灰土挤密桩成孔采用沉管法,成孔采用隔排跳打方式,施工顺序为先外排、后里排,同排内应间隔 1～2孔跳打。

(2)沉 管。采用沉桩机将与桩孔同直径的钢管打入土中拔管成孔,桩管顶设桩帽,下端作成60°角度锥形活动桩尖,施工前,在桩架或钢管上标出控制深度标记,以便施工中进行钢管深度观测。灰土挤密桩施工时应控制拔管速度,在拔管前宜停顿 10s左右。成孔后,清底夯实、夯平,夯实次数不小于 8击,成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查,合格后进行下道工序施工或用盖板盖住孔口以防止杂物落入。

3.4 灰土夯填

(1)填料的拌制与运输:灰土要求采用厂拌,各种用料应计量准确,配合比符合设计值,灰土混合料外观颜色均一。采用运输车覆盖运输,灰土拌制根据回填要求随拌随用,对于已拌成的灰土不得超过 6h或隔夜使用,被雨水淋湿、浸泡的灰土严禁使用并按作废处理。下雨期间不进行灰土拌制。

(2)回填夯实。成孔后及时夯填灰土,在向孔内填料前先夯实孔底。夯填灰土应分层,逐层以量斗定量向桩孔内下料,每层回填厚度为 280～320mm,采用电动卷扬机提升式夯实机分层夯实。回填夯实,应针对施工机具(锤重、落距),在工艺试验中找出满足密实度要求的夯击次数并将其作为施工的参数。夯填前测量成孔深度、孔径并作好记录。

灰土回填夯实采用连续施工,每个桩孔一次性分层回填夯实,不得间隔停顿或隔日施工,以免降低桩的承载力。

4 进度控制及资源配置

4.1 工效分析

通过对该工程的实际施工进度进行统计,采用沉桩机成孔,在正常连续施工情况下,一个工作单元工效约为 30～60m/h,灰土夯填正常连续施工情况下的工效约为 20m/h。

灰土挤密桩地基加固施工工效的影响因素主要为天气影响,雨天地基土含水率过高将影响加固效果,不适宜进行施工。

4.2 资源配置要求

(1)施工人员配置:

一般一个工作单元安排现场管理人员 1名、技术人员 1名,各种机械操作手 8名,施工配合人员 2名。

(2)机械设备配置:

一个工作单元配置沉桩机 1台、夯实机 2台、发电机 1台(无外部电源时使用)、灰土搅拌站 1座(共用)、自卸汽车 2～3台。

5 质量控制及检验

5.1 材料材质要求

(1)土料:选用就地挖取的纯净黄土,严禁使用耕植土。使用前应过筛,粒径不得大于 15mm,有机物含量不得大于 5%;含水量应接近最优含水量,可控制在最优含水量 ωop±3%之间。

(2)石灰:质量应符合国家Ⅲ级(三等)以上标准,活性 CaO+MgO含量不低于 70%,石灰贮存时间不宜超过 3个月,使用前 24h浇水充分消解并过筛,颗粒直径应小于 5mm。生石灰的粉和块之比应小于 3∶7。

(3)灰土由符合质量要求的消石灰和纯净黄土按 3∶7的体积配合比、在接近最优含水量的情况下拌和而成。拌和方法采用集中厂拌。每天施工前核定土的含水率是否为合理值,以保证拌和后灰土的含水量接近最佳含水量。灰土拌制根据回填要求随拌随用,对于已拌成的灰土不得超过24h或隔夜使用;对于被雨水淋湿、浸泡的灰土严禁使用,按作废处理。下雨期间不进行灰土拌制。灰土挤密桩的压缩模量 Ep要求为 30～50 MPa。

5.2 施工过程控制

(1)施工时要严格操作工艺,确保灰土在初凝时间内完成拌和及回填。严禁使用过时、过夜的灰土。对已完成的孔要及时进行回填夯实,不得长时间空孔放置。

(2)施工过程中,设专人监控成孔及回填夯实的质量。如发现地基土质与勘察资料不符,应立即停止施工,查明情况,待设计人员确认并采取有效措施(或变更设计)后方可继续施工,详细记录锤击次数和振动沉入时间、出现的问题和处理方法。

(3)在成桩过程中,随时观察地面升降和桩顶上升,桩顶上升过大即意味着断桩,需要调整成桩施工工艺。

(4)雨季或低温季节施工,应采取防雨或防冻措施,防止灰土和土料淋湿后冻结。

(5)灰土挤密桩施工属隐蔽工程,施工完毕应报监理签认后方可进行下一道工序施工。

5.3 质量检测

(1)桩孔、桩位检验。检查数量不得少于总孔数的 3%。桩孔中心点的偏差不大于桩间距设计值的 5%,且小于 50mm。桩孔的垂直度偏差应不大于 1.5%。桩孔直径及桩孔深度不小于设计值。

(2)桩身夯填质量检验。孔内填料的夯实质量应在桩料夯填后 24h内采用轻型触探、小环刀深层取样或开剖取样方法进行抽样检查,在全部孔深内,每 1m取土样测定干密度。检查数量不得少于总孔数的 2%。桩孔灰土的压实系数不小于0.97。

(3)桩间土挤密质量检验。在任意三个桩孔构成的挤密单元内,按天然土层或 1～1.5m为一层,分层取样,测其干密度和挤密系数。桩间土最小挤密系数不小于 0.88,平均挤密系数不小于0.93。

(4)消除湿陷性检验。在处理深度内,分层取样测定桩间土的湿陷系数,湿陷系数必须小于0.015。

5.4 可能出现的质量问题与原因分析及对策

土层含水较大时灰土挤密桩施工易造成缩颈或堵塞,挤密成孔困难,从而导致灰土挤密桩处理效果不好。

对其主要产生原因进行分析如下:

(1)地基土的含水量过大或过小。含水量过大,土层呈强度极低的流塑状,挤密成孔时易发生缩孔;含水量过小,土层呈坚硬状,挤密成孔时易碎裂松动而塌孔。

(2)不按规定的施工顺序进行。

(3)对已成的孔没有及时进行回填夯实。处理措施:

(1)地基土的含水量在达到或接近最佳含水量时,挤密效果最好。当含水量过大时,必须采用套管成孔。成孔后,如果发现桩孔缩颈比较严重,可在孔内填入干散沙土、生石灰块或砖渣,稍停一段时间后再将桩管沉人土中,重新成孔。如果含水量过小,应预先浸湿加固范围的土层,使之达到或接近最佳含水量。

(2)必须遵守成孔挤密的顺序,应先外圈后里圈并间隔进行。对已成的孔,应防止受水浸湿且必须当天回填夯实。

(3)施工时应保持桩位正确,桩深应符合设计要求。为避免夯打造成缩颈堵塞,应打一孔,填一孔,或隔几个桩位跳打夯实。

(4)控制桩的有效挤实范围,一般以 2.5～3倍桩径为宜。

6 结 语

本工程灰土挤密桩加固长度95825m。根据地质条件的不同,桩长从 3.5m到 8.9m不等,施工完成后采用单桩静载试验检测地基承载力,普遍达到了 160kPa以上;桩间土的湿陷系数为 0.001～0.003之间,远小于设计要求的 0.015;桩间土采用环刀法取样测定挤密系数,共计 989组样,测出的挤密系数最低为 89.6%,最高为 99.4%,平均为 96%,大于设计要求的平均 93%。大量的试验研究资料和工程实践表明,土或灰土挤密桩用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基,不论是消除土的湿陷性还是提高承载力都是有效的。但当土的含水量大于 24%及其饱和度超过 65%时,在成孔及拔管过程中,桩孔及其周围容易缩颈和隆起,挤密效果差,故上述方法不适用于处理地下水位以下及处于毛细饱和带的土层。因此,当地基土的含水量大于 24%、饱和度超过 65%时,由于无法挤密成孔,故不宜选用灰土挤密桩加固。

通过工程实例可以看出,灰土挤密桩对于消除土的湿陷性和减小渗透性方面效果较为明显,因其具有的就地取材、以土治土、原位处理、深层加密和费用较低等特点,在我国西北及华北等黄土地区具有广泛的应用前景。