挤密桩处理湿陷黄土坝基设计施工浅析

王贤忠 程 瓦 王静斋 崔海涛

1 工程概况

中国湿陷性黄土工程地质分布较为广泛，尤其在山西、陕西等黄土高原地区，作为建筑物基础，需进行工程处理。

山西省万家寨引黄入晋工程，北干线尚希庄水库位于山西省朔州市怀仁县新家园乡尚希庄村南，为半挖半填的平原围封水库，总库容1 055万m3。水库平面呈EN-WS向的近椭圆形状，长约1 600 m，宽约1 000 m，大坝环型布置，坝轴线总长4 453.18 m，坝型为碾压式均质土坝，复合土工膜全库盆防渗。水库最高蓄水位1 118.30 m，坝顶高程1 119.87 m，防浪墙顶高程1 121.07 m，坝顶宽6.0 m，最大坝高17.06 m，迎水坝坡1∶2.5，背水坝坡1∶2.0。

2 坝基工程地质

湿陷等级为Ⅰ级（轻微）的湿陷土层厚度为0.5～7.0 m，平均厚度约3.3 m；湿陷等级为Ⅱ级（中等）的湿陷土层厚度为3.6～12.1 m，平均厚度约7.5 m；湿陷等级为Ⅲ级（严重）的湿陷土层厚度为10.4 m。

3 坝基处理设计

3.1 坝基处理方案

根据坝基工程地质，为保证水库大坝安全，需消除或消减坝基全部湿陷量。处理非自重-自重湿陷性黄土坝基方法一般采用挖除换土、夯实、挤密等。

3.1.1 挖除换土

采用挖除换土方法消除坝基湿陷量，开挖深度一般5～10 m，工程量大，投资费用高，工期长，尤其对低坝围封水库（坝轴线较长）占投资比例过大，一般不适于采用。

3.1.2 强夯

采用强夯消除坝基湿陷量，施工方便。投资费用较少，一般多为采用。但由于强夯震动过大，常影响周围建筑物及环境。

尚希庄水库位于尚希庄村南，临近峙峰山移民新村，若采用强夯处理坝基，必会影响周围居民房屋及居民生活，因此，尚希庄水库坝基处理不适合采用强夯处理方案。

3.1.3 挤密桩

采用素土挤密桩消除坝基湿陷量，施工较为便利。投资费用较低，对周围建筑物、环境基本不影响。

经分析，尚希庄水库坝基湿陷性黄土采用素土锥柱挤密桩法处理。

3.2 素土锥柱挤密桩

素土锥柱挤密桩是采用锥柱形重锤冲击成孔，孔内回填素土夯实成桩，使桩间土挤压密实的地基处理方法。素土锥柱挤密桩有以下特点：成桩过程为横向挤密，可使桩间土加密达到设计要求的干密度，从而消减或消除地基的湿陷性，降低压缩性，提高承载力；处理深度可达15 m，可就地取材、降低工程造价；机具简单、施工方便、效率高。

3.2.1 挤密桩布置

尚希庄水库坝基素土锥柱挤密桩桩径400 mm，桩长5～10 m，梅花形布置，桩距根据湿陷类型、等级设计，布置如下：

（1）非自重Ⅰ级（轻微）湿陷性黄土坝基桩距为1.4 m；

（2）非自重Ⅱ级（中等）、自重Ⅱ级（中等）湿陷性黄土坝基桩距为1.2 m；

（3）自重Ⅲ级（严重）湿陷性黄土坝基桩距为1.0 m。

非自重Ⅰ级（轻微）湿陷性黄土坝基素土锥柱挤密桩平面布置见图1。

图1 坝基素土锥柱挤密桩平面布置示意图（单位：m）

3.2.2 挤密桩桩长

素土锥柱挤密桩长度的确定，是根据处理后地基残余湿陷量来确定。

尚希庄水库要求坝基处理后，地基残余湿陷量不大于200 mm。根据此要求，素土锥柱挤密桩单根桩长最短不小于3.0 m，设计采用单根桩长5.0～10.0 m。坝基处理特性见表1。

表1 坝基处理特性表

4 锥柱挤密桩施工

4.1 锥柱挤密桩施工工艺

素土锥柱挤密桩施工工艺分为两个部分：

4.1.1 冲孔工艺

施工放线→定孔位→机械就位→垂直校正→冲孔→桩机移位→进入下一孔位。

4.1.2 素土夯填

检查孔位、垂直度、桩径和深度→填土⇆夯实→封顶。

4.2 锥柱挤密桩施工

4.2.1 现场进行成孔夯填工艺和挤密效果试验

素土锥柱挤密桩施工前，应在现场进行成孔夯填工艺和挤密效果试验，以确定填料分层厚度、夯击次数和夯实后的干密度等要求，按照设计要求对桩间土进行干密度测定，如达不到设计要求，应会同设计人员调整桩距，或由施工单位对填料分层厚度、夯击次数进行调整。

4.2.2 清基及布孔

素土锥柱挤密桩施工前，在地基处理范围内首先用机械清除地表的杂草及表层土，清表厚度1.0 m。清表后对地基表层采用5 t羊足碾碾压。

根据坝基平面布置图及桩位图，通过坐标控制点，准确定出每个施工桩位点，并做好标识，经检验无误后，再进行冲孔施工，并做好记录。

4.2.3 冲孔

挤密桩冲孔采用10 t起重机吊4 t锥柱锤冲击成孔，成孔直径约400 mm，成孔达到设计处理深度后，移机进行下一孔冲孔。

4.2.4 素土夯填

素土夯填前，对桩孔进行检查。桩孔直径误差不得超过设计值的+10 cm、-5 cm，桩孔深度不应小于设计深度30 cm以上，检查合格后应及时回填。

素土夯填采用2 m3装载机孔内填素土，5 t卷扬机吊0.5 t重锤冲击夯实，达到设计密实度，每次填土厚度及夯实遍数由现场试验确定。

4.3 锥柱挤密桩施工顺序

素土锥柱挤密桩施工顺序应先外排后里排，同排内应间隔1～2孔进行，以免因震动挤压造成相邻孔缩孔或坍孔。

成桩完毕后对桩顶建基面用平碾碾压密实。

5 结语

尚希庄水库运行已有5年，目前水库大坝运行良好，达到设计要求。

采用素土锥柱挤密桩处理湿陷性黄土地基，能有效加密桩间土，消除或消减地基的湿陷性，降低压缩性，提高承载力；处理深度可达15 m，可就地取材、降低工程造价；机具简单、施工方便、效率高。可广泛用于坝基、道路、渠道等工程湿陷性黄土地基处理。