灰土挤密桩施工方法分析

□韩品磊 □俎玲玲（南水北调中线干线建设管理局河南直管建管局）

1.概述

灰土挤密桩法是利用沉管、爆扩、冲击或钻孔夯扩等方法，在地基土中挤压成桩孔，迫使桩体内土体侧向挤出，从而使桩周土得到加密，随后向桩孔内填入灰土等廉价材料夯实成桩。灰土桩挤密地基由桩体和桩间挤密土组成人工复合地基，共同承担上部荷载。

灰土挤密桩的优点是原位处理，深层挤密、就地取材和以土治土，用来加固湿陷性黄土地基具有良好效果，在南水北调工程中得到广泛应用。本文以南水北调荥阳段工程为例，详细介绍灰土挤密桩施工方法。

2.工程背景

南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南（中线建管局直管项目）荥阳段1标位于河南省荥阳市境内，起点桩号XYD0+000，终点桩号XYD10+000,长度10.000km。南水北调中线荥阳段设计流量265m3/s，加大流量320m3/s。

荥阳1标总长度10 km，渠线所处地貌单元为黄（河）淮（河）冲积平原，其上分布有河谷和岗地，沿渠线范围内地势总体呈西高东低、南高北低。

本标段沿线地表至渠底下5m范围内地层主要由黄土状粉质壤土及重粉质壤土构成。结构类型有黄土状土均一结构、粘性土均一结构和上粘性土为主、下软弱岩结构3种，并以黄土状土均一结构为主。

黄土状土沿渠线分布广泛而连续。沿线黄土状土湿陷性在空间分布上的随机性较大，无论水平方向还是垂直方向都具有不均匀性。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2～4 m；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，湿陷起始压力一般10～200kPa。

黄土状土抗冲刷能力差，天然状态下强度偏高，具有湿陷性的黄土状土遇水产生湿陷变形，强度明显降低，影响渠道边坡的稳定和地基土强度。

按设计要求，渠道XYD9+838.14～XYD10+000段左右侧堤身基础湿陷性黄土区域采用挤密灰土桩处理。

设计参数：挤密灰土桩采用等边三角形布置，桩径400mm，有效加固桩长8m，桩中心距为0.7m，桩内回填土的压实系数≥0.97，桩间土的最小挤密系数≥0.88。通过挤密灰土桩处理，从而消除渠堤填筑范围内黄土的湿陷性，增强基础的承载力。

3.施工方法

3.1 施工工艺

挤密桩施工工艺流程如图1所示：

图1 挤密桩施工工艺流程图

3.2 准备工作

3.2.1 试验区整理∶在挤密灰土桩试验前，先用推土机将试验区域表层腐植土（≥30cm厚）推至施工区之外，并拢成堆，然后再将施工区整平。清除场地内障碍物，并标记处理场地范围内地下构造物及管线等。

3.2.2 相关试验及施工参数确定∶试验区参数选择如表1所示。

表1 试验区参数选择表

根据现场挤密桩试验及试验成果确定施工参数如下：灰土虚铺厚度应为35 cm，最优含水率为19.5%，每层夯击次数为7击，桩底夯击次数为8击，具体结果以土工试验报告为准。

3.2.3 施工机具选择∶成孔设备：Km2-12000A型振动沉桩机，桩管径400mm，桩管长度9m（比设计桩长1m）。夯实设备：采用电动卷扬机提升式夯实机，锤重400 kg。辅助工具：铁锹、振动筛、手推车等。

3.2.4 测量放样∶首先采用GPS或全站仪放出试验区的四周边线，在挤密灰土桩处理范围内沿渠道轴线方向放出左右边桩，撒石灰线作出标识。桩位按设计要求等边三角形布置，桩径400 mm，有效加固桩长8m，桩中心距为0.7m。在处理范围外10m设置标高基准点，并测试各桩点的标高，用于控制挤密灰土桩的设计高程。

3.3 工序施工

3.3.1 成孔施工∶成孔顺序：先外后里，隔排隔行，间隔2孔跳打，即从整片挤密地基的外边线向里成孔，间隔2孔施工，打后立即回填。

3.3.2 沉管法成孔∶挤密桩地基处理层为湿陷性黄土，采用Km2-12000A型振动沉桩机沉管成孔。沉桩机用直径400 mm钢管打入土中拔管成孔，桩管顶设桩帽，下端作成60°锥形活动桩尖，施工前在钢管上标出控制深度标记，以便施工中进行钢管深度观测。

采用打桩机将桩管打入土层中至设计深度，然后缓慢拔出桩管即成孔，在沉管成孔施工中，应做到桩机就位必须平稳，不发生移动或倾斜，桩管应对准桩位。沉管开始阶段应轻击慢沉，待桩管方向稳定后再以正常速度沉管。

沉管成孔施工，桩顶设计标高以上预留50cm覆盖土层。挤密灰土桩施工时应控制拔管速度，在拔管前宜停顿10 s左右。成孔后清底夯实、夯平，并应抽样检查桩孔的直径、深度和垂直度：桩孔的垂直度偏差不宜＞1.5%。桩孔中心点的偏差不宜超过桩距设计值的5%。经检验合格后，应按设计要求，向孔内分层填入筛好的素土、灰土或其他填料，并应分层夯实至设计标高。铺设灰土垫层前，应按设计要求将桩顶标高以上的预留松动土层挖除或夯（压）密实。

3.3.3 桩孔夯填∶夯实成桩施工步骤：夯机整平稳固并对准桩孔中心→底夯→填料→夯实填料→至设计桩顶标高→夯机移位。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。人工填料时指定专人按规定数量均匀填入。夯填的次序是先底夯，保证有效处理深度，底夯8击，听到清脆锤声后开始填料夯实。土料必须使用合格土料，一般要过筛，筛孔规格为20mm，土块粒径不得＞15mm。石灰用生石灰消解而成，生石灰必须充分消解（闷透），生石灰消解时间≥3-4d，消解后的石灰过筛，粒径≤5mm，且不得夹有未熟化的生石灰块粒，石灰质量不低于三级，活性成分Cao+Mgo（按重量计）≥50%。经常测灰土的含水量，以保证灰土含水量接近最优。当灰土含水量超出最优含水量19.5%±2%时，应洒水湿润或晾晒。灰土拌和比例为3：7，要求灰土拌和均匀，颜色一致，拌和好的灰土不宜隔日使用。

每次分层填料厚度35cm，夯锤提高2～2.5m（原地面起提升高度），每层夯击次数为7击，听到清脆锤声后方可进行上一层填料夯实。桩孔的夯填高度高出设计桩顶30cm。桩顶以上预留50cm厚的土层，待施工结束后，将表层挤松的土挖出。灰土填料采用斗车填料法，事先量测好铺填厚度所用料量，然后再放入斗车，在斗车内部料顶边缘作一周线性标记，依次每次填料重复至此标记。当倾倒填料时，孔口放置漏斗或孔口挖成漏斗状，以防填料意外倾洒而导致填料不准现象。

4.结论与建议

4.1 利用挤密法处理自重湿陷性黄土地基是可行的，挤密效果好。挤密后复合地基承载力显著提高，且能很好的消除地基土的湿陷性，土的压缩性降低。

4.2 挤密灰土桩开始成孔前应检验打桩机桩管是否应对桩孔。确保垂直度偏差≤1.5%。

4.3 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，以防拔管困难。当拔管困难时可用水浸润桩管周围土层或将桩管旋转后拔出，以防孔口破坏。

4.4 施工顺序应隔排隔行，间隔1～2孔跳打，成孔后立即回填，以防止邻孔之间互相挤压造成邻孔缩孔或震动坍塌。回填过程中不得间隔停顿或隔日施工，防止降低桩的承载力。

4.5 成孔后若发生桩孔严重缩径和回淤，应填入干砂等，重新沉管成孔。

4.6 填料夯实时落锤高度及锤击次数严格按要求施工，以免出现夹层、松散等情况，确保桩身质量。土料干湿适度，严格控制虚铺厚度。