素土挤密桩处理低含水率湿陷性黄土地基的研究与应用

陈继斌

(山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西 太原 030024)

1 工程概况

南村水库位于黎城县上桂花村北侧、南村东南侧的黄土冲沟内，坝址以上控制流域面积10.1km2，水库总库容130万m3，工程等别为Ⅳ等，属小(1)型水库。拦河坝为碾压均质土坝，坝长235.0m，最大坝高26.4m。

2 素土挤密桩试验方案

考虑坝址周边环境等实际情况，设计采用影响较小的素土挤密桩进行坝基、坝肩处理。处理范围包括左岸坝肩、坝基左岸台地、右岸坝肩。素土挤密桩初拟桩径0.5m，桩间距1.4m，等边三角形布置。桩孔黄土填料粒径不得大于15mm，桩体土的压实度不小于98%，桩间土平均压实度不小于93%(最小压实度不小于88%)。

素土挤密桩试验目的：研究素土挤密桩施工工艺，优化素土挤密桩的施工方法、分层填料厚度、分层夯击次数及桩间距等施工参数，验证原土含水率变化对挤密效果及湿陷性处理效果的影响。

初步选定挤密施工机械为YTQZ-220宇通重工打桩机，取素土填料进行击实试验，测定其最大干密度为1.69g/cm3,最优含水率为17.7%。试验分两个区：坝基左岸台地高程877m区及左岸坝肩区。试验工艺流程为：场地平整→基面测量→布孔→锤击→填料(控制填料厚度)→夯击→开挖取样(2m、3m、4m)→分别进行桩间土和桩体土压实度检测。

3 试验结果及分析

3.1 坝基左岸台地

当填料厚度20cm时，分别对2m、3m、4m深度进行桩间土及桩体土取样检测，根据检测数据绘制挤密桩不同夯击次数、不同桩体及桩间距时土料的压实度的关系曲线(4m深度不同夯击次数与压实度关系见图1)。

图1 4m深度不同夯击次数与压实度关系曲线

坝基左岸877m高程台地试验结果表明：在土体含水率介于13%～20%之间，铺料厚度20cm、夯击6次的情况下，桩体土及桩间土均满足设计压实度要求。

3.2 左坝肩

桩体回填土料含水率15%左右时，压实度满足设计要求。

桩间土由于原土含水率不同，进行了多次压实度试验。2018年6月8日，桩间距1.4m，桩间土含水率8.51%～10.46%时，压实度平均值为88.02%；6月11日，桩间距1.4m，桩间土含水率8.52%～10.02%时，桩间土压实度平均值为80.91%；6月17日，调整桩间距为1.2m，桩间土含水率9.7%～12.5%时，桩间土压实度平均值为89.93%。以上试验桩间土的压实度均达不到设计要求(桩间土压实度与土体含水率的关系见图2)。

图2 桩间土压实度与土体含水率的关系曲线

左坝肩试验结果表明：原土含水率偏低是造成挤密桩桩间土压实度不满足设计要求的主要原因，两者基本属于强正相关关系，而桩间距偏大是次要原因。

3.3 湿陷性检测

7月6—13日，试验单位采用人工探井取土，对左坝肩桩间距为1.4m的试验桩桩间土样进行湿陷性试验检测，取土深度3～13m，共检测11个部位，其中在200kPa荷载下深度7m、9m、10m三个部位湿陷系数仍大于0.015。检测结果表明：左坝肩湿陷性黄土采用间距1.4m的素土挤密桩处理后，虽然桩间土体平均压实度达不到规范要求，但其消除地基湿陷性的实际效果较为显著。

7月30—8月6日，试验单位对桩间距调整为1.2m的试验桩桩间土样进行湿陷性试验检测，取土深度1～16m，共检测16个部位，16个部位自重湿陷性全部消除，其中深度1m、5m、7m、8m、9m、10m六个部位湿陷系数仍大于0.015。后进行核算，在假定坝体填筑完成并蓄水饱和的坝体土的实际压重条件下，此6处土体的上覆荷载均未超过200kPa及各自的湿陷起始压力，可认为此6处土体虽仍具有湿陷性，但土体湿陷性的危害基本消除。

4 处理方案及标准的调整

根据素土挤密桩试验及湿陷性试验检测结果，参建各方对素土挤密桩方案等进行专题研究，合理调整了处理方案及合格判定标准。

调整处理方案：左坝肩及右坝肩素土挤密桩桩间距由1.4m均调整为1.2m；桩间土检测按设计要求进行压实度检测，若压实度检测结果不满足设计要求，则按压实度检测频率的20%进行湿陷性检测。

合格判定标准：桩间土体的平均压实度和最小压实度、桩身的最小压实度满足设计及规范要求的，即判定为合格。桩间土体、桩身压实度不满足设计要求的，以湿陷性试验检测结果结合各部位土层实际上覆荷载进行判定。湿陷性完全消除的，判定为合格；自重湿陷性完全消除，部分土体仍有湿陷性的，若该深度土体上覆实际荷载小于其湿陷起始压力的判定为合格。

5 工程施工验证

根据原设计指标和试验确定的参数，南村水库坝基左岸台地区域的素土挤密桩顺利实施，由于该部位在坝基河床内，含水率偏大，其检测数据完全符合原设计指标。

根据调整后的桩间距设计参数和合格判定标准，南村水库左坝肩的素土挤密桩桩间土压实度不达标的部分按照给定的频率进行了4次湿陷性检测，结合上覆荷载比较，综合判定湿陷性均已消除，满足了设计要求。

6 初步结论