灰土擠密樁法加固地基施工

蘇 波

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川成都 610072)

1 概 述

灰土擠密樁加固地基是一種人工復(fù)合地基,屬于深層加密處理地基的一種方法,主要作用是提高地基承載力、降低地基壓縮性、對濕陷性黃土則有部分或全部消除濕陷性的作用。灰土擠密樁利用沉管、沖擊或爆擴(kuò)等方法在地基中擠土成孔,然后向孔內(nèi)夯填灰土成樁。成樁時(shí),通過成孔過程中的橫向擠壓作用,樁孔內(nèi)的土被擠向周圍,使樁間土得以擠密,然后將備好的灰土分層填入樁孔內(nèi)并分層搗實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。夯實(shí)的灰土與擠密的樁間土組成復(fù)合地基,共同承受基礎(chǔ)的上部荷載。

2 布置原則

2.1 處理范圍

灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的面積應(yīng)大于基礎(chǔ)或建筑物底層平面的面積,并應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)采用局部處理超出基礎(chǔ)底面的寬度時(shí),對非自重濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,每邊不應(yīng)小于基底寬度的 0.25倍,并不應(yīng)小于0.50m;對于自重濕陷性黃土地基,每邊不應(yīng)小于基底寬度的 0.75倍,并不應(yīng)小于 1.00m。

(2)當(dāng)采用整片處理時(shí),對于超出建筑物外墻基礎(chǔ)底面外緣的寬度,每邊不宜小于處理土層厚度的 1/2,并不應(yīng)小于 2m。

2.2 一般設(shè)計(jì)參數(shù)

可用沉管、爆擴(kuò)、沖擊成孔在空中填入粘土或灰土,灰土配合比常用 2∶8,分層搗實(shí),壓實(shí)系數(shù)不小于 0.93,樁距一般取 2.5倍樁的直徑,樁徑以 35～45cm為宜,適用于地下水位以上深度 5～15m的濕陷性地基。樁頂設(shè) 0.5m厚的三七灰土墊層,中間夾鋪抗拉強(qiáng)度不小于 100kN/m的土工格柵。

3 施工過程

筆者以某工程為例,簡要介紹了其施工方法及一些注意事項(xiàng)。該工程共施工了長 95825m的灰土擠密樁,地基巖性主要為新黃土。采用灰土擠密樁加固地基的主要目的是消除土的濕陷性并提高其承載力。

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

(1)復(fù)核施工設(shè)計(jì)圖紙、文件以及現(xiàn)場地基、地層地質(zhì)情況。當(dāng)?shù)鼗恋暮市∮?12%或大于 24%、飽和度大于 65%時(shí),應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)單位予以確認(rèn),由設(shè)計(jì)單位確定是否變更設(shè)計(jì)。

(2)施工前應(yīng)進(jìn)行土方、成孔、夯填和擠密效果工藝試驗(yàn),確定有關(guān)施工技術(shù)參數(shù),試樁數(shù)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求且不得少于 3根。

(3)進(jìn)行灰土填料的輕型擊實(shí)試驗(yàn),確定施工用的相關(guān)參數(shù),如最佳干密度、最佳含水量(注意實(shí)際施工時(shí)的最佳含水量應(yīng)低于輕型擊實(shí)試驗(yàn)做出的最佳含水量)、配合比等。

(4)編制施工方案,并對現(xiàn)場施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底。

3.2 現(xiàn)場清理及放樣

(1)施工前,清除地表耕植土。平整場地,清除障礙物,標(biāo)記處理場地范圍內(nèi)的地下構(gòu)造物及管線。對于不利于機(jī)械運(yùn)行的松軟地段進(jìn)行壓實(shí),使場地平整至滿足機(jī)械作業(yè)施工要求。

場地平整清理后,處理區(qū)段地基土的含水量宜接近最佳含水量。當(dāng)土的含水率低于 12%時(shí),宜對處理范圍內(nèi)的土層進(jìn)行增濕。增濕處理應(yīng)在地基處理前 4～6d完成,需增濕的水通過一定數(shù)量和一定深度的滲水孔均勻地滲入到處理范圍的土層中。

(2)測量放線,定出控制軸線、打樁場地邊線并標(biāo)識。同時(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行樁位布置、編號并標(biāo)識。

(3)成孔機(jī)械表面應(yīng)有明顯的進(jìn)尺標(biāo)記,以此控制成孔深度。

3.3 成 孔

(1)施工準(zhǔn)備工作就緒后,樁機(jī)就位,將沉管尖對準(zhǔn)樁位,調(diào)平擴(kuò)樁機(jī)架,使樁管保持垂直,用線錘吊線檢查樁管垂直度,確保垂直度偏差不大于 1.5%。灰土擠密樁成孔采用沉管法,成孔采用隔排跳打方式,施工順序?yàn)橄韧馀拧⒑罄锱?同排內(nèi)應(yīng)間隔 1～2孔跳打。

(2)沉 管。采用沉樁機(jī)將與樁孔同直徑的鋼管打入土中拔管成孔,樁管頂設(shè)樁帽,下端作成60°角度錐形活動樁尖,施工前,在樁架或鋼管上標(biāo)出控制深度標(biāo)記,以便施工中進(jìn)行鋼管深度觀測。灰土擠密樁施工時(shí)應(yīng)控制拔管速度,在拔管前宜停頓 10s左右。成孔后,清底夯實(shí)、夯平,夯實(shí)次數(shù)不小于 8擊,成孔后進(jìn)行孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深檢查,合格后進(jìn)行下道工序施工或用蓋板蓋住孔口以防止雜物落入。

3.4 灰土夯填

(1)填料的拌制與運(yùn)輸:灰土要求采用廠拌,各種用料應(yīng)計(jì)量準(zhǔn)確,配合比符合設(shè)計(jì)值,灰土混合料外觀顏色均一。采用運(yùn)輸車覆蓋運(yùn)輸,灰土拌制根據(jù)回填要求隨拌隨用,對于已拌成的灰土不得超過 6h或隔夜使用,被雨水淋濕、浸泡的灰土嚴(yán)禁使用并按作廢處理。下雨期間不進(jìn)行灰土拌制。

(2)回填夯實(shí)。成孔后及時(shí)夯填灰土,在向孔內(nèi)填料前先夯實(shí)孔底。夯填灰土應(yīng)分層,逐層以量斗定量向樁孔內(nèi)下料,每層回填厚度為 280～320mm,采用電動卷揚(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)分層夯實(shí)。回填夯實(shí),應(yīng)針對施工機(jī)具(錘重、落距),在工藝試驗(yàn)中找出滿足密實(shí)度要求的夯擊次數(shù)并將其作為施工的參數(shù)。夯填前測量成孔深度、孔徑并作好記錄。

灰土回填夯實(shí)采用連續(xù)施工,每個(gè)樁孔一次性分層回填夯實(shí),不得間隔停頓或隔日施工,以免降低樁的承載力。

4 進(jìn)度控制及資源配置

4.1 工效分析

通過對該工程的實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),采用沉樁機(jī)成孔,在正常連續(xù)施工情況下,一個(gè)工作單元工效約為 30～60m/h,灰土夯填正常連續(xù)施工情況下的工效約為 20m/h。

灰土擠密樁地基加固施工工效的影響因素主要為天氣影響,雨天地基土含水率過高將影響加固效果,不適宜進(jìn)行施工。

4.2 資源配置要求

(1)施工人員配置:

一般一個(gè)工作單元安排現(xiàn)場管理人員 1名、技術(shù)人員 1名,各種機(jī)械操作手 8名,施工配合人員 2名。

(2)機(jī)械設(shè)備配置:

一個(gè)工作單元配置沉樁機(jī) 1臺、夯實(shí)機(jī) 2臺、發(fā)電機(jī) 1臺(無外部電源時(shí)使用)、灰土攪拌站 1座(共用)、自卸汽車 2～3臺。

5 質(zhì)量控制及檢驗(yàn)

5.1 材料材質(zhì)要求

(1)土料:選用就地挖取的純凈黃土,嚴(yán)禁使用耕植土。使用前應(yīng)過篩,粒徑不得大于 15mm,有機(jī)物含量不得大于 5%;含水量應(yīng)接近最優(yōu)含水量,可控制在最優(yōu)含水量 ωop±3%之間。

(2)石灰:質(zhì)量應(yīng)符合國家Ⅲ級(三等)以上標(biāo)準(zhǔn),活性 CaO+MgO含量不低于 70%,石灰貯存時(shí)間不宜超過 3個(gè)月,使用前 24h澆水充分消解并過篩,顆粒直徑應(yīng)小于 5mm。生石灰的粉和塊之比應(yīng)小于 3∶7。

(3)灰土由符合質(zhì)量要求的消石灰和純凈黃土按 3∶7的體積配合比、在接近最優(yōu)含水量的情況下拌和而成。拌和方法采用集中廠拌。每天施工前核定土的含水率是否為合理值,以保證拌和后灰土的含水量接近最佳含水量。灰土拌制根據(jù)回填要求隨拌隨用,對于已拌成的灰土不得超過24h或隔夜使用;對于被雨水淋濕、浸泡的灰土嚴(yán)禁使用,按作廢處理。下雨期間不進(jìn)行灰土拌制。灰土擠密樁的壓縮模量 Ep要求為 30～50 MPa。

5.2 施工過程控制

(1)施工時(shí)要嚴(yán)格操作工藝,確保灰土在初凝時(shí)間內(nèi)完成拌和及回填。嚴(yán)禁使用過時(shí)、過夜的灰土。對已完成的孔要及時(shí)進(jìn)行回填夯實(shí),不得長時(shí)間空孔放置。

(2)施工過程中,設(shè)專人監(jiān)控成孔及回填夯實(shí)的質(zhì)量。如發(fā)現(xiàn)地基土質(zhì)與勘察資料不符,應(yīng)立即停止施工,查明情況,待設(shè)計(jì)人員確認(rèn)并采取有效措施(或變更設(shè)計(jì))后方可繼續(xù)施工,詳細(xì)記錄錘擊次數(shù)和振動沉入時(shí)間、出現(xiàn)的問題和處理方法。

(3)在成樁過程中,隨時(shí)觀察地面升降和樁頂上升,樁頂上升過大即意味著斷樁,需要調(diào)整成樁施工工藝。

(4)雨季或低溫季節(jié)施工,應(yīng)采取防雨或防凍措施,防止灰土和土料淋濕后凍結(jié)。

(5)灰土擠密樁施工屬隱蔽工程,施工完畢應(yīng)報(bào)監(jiān)理簽認(rèn)后方可進(jìn)行下一道工序施工。

5.3 質(zhì)量檢測

(1)樁孔、樁位檢驗(yàn)。檢查數(shù)量不得少于總孔數(shù)的 3%。樁孔中心點(diǎn)的偏差不大于樁間距設(shè)計(jì)值的 5%,且小于 50mm。樁孔的垂直度偏差應(yīng)不大于 1.5%。樁孔直徑及樁孔深度不小于設(shè)計(jì)值。

(2)樁身夯填質(zhì)量檢驗(yàn)。孔內(nèi)填料的夯實(shí)質(zhì)量應(yīng)在樁料夯填后 24h內(nèi)采用輕型觸探、小環(huán)刀深層取樣或開剖取樣方法進(jìn)行抽樣檢查,在全部孔深內(nèi),每 1m取土樣測定干密度。檢查數(shù)量不得少于總孔數(shù)的 2%。樁孔灰土的壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。

(3)樁間土擠密質(zhì)量檢驗(yàn)。在任意三個(gè)樁孔構(gòu)成的擠密單元內(nèi),按天然土層或 1～1.5m為一層,分層取樣,測其干密度和擠密系數(shù)。樁間土最小擠密系數(shù)不小于 0.88,平均擠密系數(shù)不小于0.93。

(4)消除濕陷性檢驗(yàn)。在處理深度內(nèi),分層取樣測定樁間土的濕陷系數(shù),濕陷系數(shù)必須小于0.015。

5.4 可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題與原因分析及對策

土層含水較大時(shí)灰土擠密樁施工易造成縮頸或堵塞,擠密成孔困難,從而導(dǎo)致灰土擠密樁處理效果不好。

對其主要產(chǎn)生原因進(jìn)行分析如下:

(1)地基土的含水量過大或過小。含水量過大,土層呈強(qiáng)度極低的流塑狀,擠密成孔時(shí)易發(fā)生縮孔;含水量過小,土層呈堅(jiān)硬狀,擠密成孔時(shí)易碎裂松動而塌孔。

(2)不按規(guī)定的施工順序進(jìn)行。

(3)對已成的孔沒有及時(shí)進(jìn)行回填夯實(shí)。處理措施:

(1)地基土的含水量在達(dá)到或接近最佳含水量時(shí),擠密效果最好。當(dāng)含水量過大時(shí),必須采用套管成孔。成孔后,如果發(fā)現(xiàn)樁孔縮頸比較嚴(yán)重,可在孔內(nèi)填入干散沙土、生石灰塊或磚渣,稍停一段時(shí)間后再將樁管沉人土中,重新成孔。如果含水量過小,應(yīng)預(yù)先浸濕加固范圍的土層,使之達(dá)到或接近最佳含水量。

(2)必須遵守成孔擠密的順序,應(yīng)先外圈后里圈并間隔進(jìn)行。對已成的孔,應(yīng)防止受水浸濕且必須當(dāng)天回填夯實(shí)。

(3)施工時(shí)應(yīng)保持樁位正確,樁深應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。為避免夯打造成縮頸堵塞,應(yīng)打一孔,填一孔,或隔幾個(gè)樁位跳打夯實(shí)。

(4)控制樁的有效擠實(shí)范圍,一般以 2.5～3倍樁徑為宜。

6 結(jié) 語

本工程灰土擠密樁加固長度95825m。根據(jù)地質(zhì)條件的不同,樁長從 3.5m到 8.9m不等,施工完成后采用單樁靜載試驗(yàn)檢測地基承載力,普遍達(dá)到了 160kPa以上;樁間土的濕陷系數(shù)為 0.001～0.003之間,遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的 0.015;樁間土采用環(huán)刀法取樣測定擠密系數(shù),共計(jì) 989組樣,測出的擠密系數(shù)最低為 89.6%,最高為 99.4%,平均為 96%,大于設(shè)計(jì)要求的平均 93%。大量的試驗(yàn)研究資料和工程實(shí)踐表明,土或灰土擠密樁用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土、雜填土等地基,不論是消除土的濕陷性還是提高承載力都是有效的。但當(dāng)土的含水量大于 24%及其飽和度超過 65%時(shí),在成孔及拔管過程中,樁孔及其周圍容易縮頸和隆起,擠密效果差,故上述方法不適用于處理地下水位以下及處于毛細(xì)飽和帶的土層。因此,當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?24%、飽和度超過 65%時(shí),由于無法擠密成孔,故不宜選用灰土擠密樁加固。

通過工程實(shí)例可以看出,灰土擠密樁對于消除土的濕陷性和減小滲透性方面效果較為明顯,因其具有的就地取材、以土治土、原位處理、深層加密和費(fèi)用較低等特點(diǎn),在我國西北及華北等黃土地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用前景。