素土擠密樁在金沙灘水庫濕陷性壩基處理中的應用

張立民，池建軍，趙 健

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

1 金沙灘水庫簡介

1.1 工程概況

金沙灘水庫是山西省萬家寨引黃入晉北干線工程線路上的一座平原調(diào)節(jié)型水庫，位于朔州市懷仁縣新家園鄉(xiāng)金沙灘村與吳家窯鎮(zhèn)移民新村之間，庫址緊鄰引黃北干輸水線路，庫區(qū)地形較平緩，總體呈西北高東南低。水庫為半挖半填型，壩軸線總長3 992.60 m，平面呈東北-西南向的近橢圓形狀，壩體為碾壓均質(zhì)土壩，采用復合土工膜全庫盆防滲。

金沙灘水庫主要功能是調(diào)節(jié)引黃水量，保證8—9月停止引水期間向大同和懷仁供水；當輸水線路因意外事故而中斷供水時利用水庫向山陰、懷仁持續(xù)供水。水庫總庫容1 120.21萬m3，調(diào)節(jié)庫容1 005.00 萬 m3。

1.2 工程地質(zhì)

金沙灘水庫位于中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)的IV山西冀北地區(qū)，壩基土主要為低液限粘土、低液限粉土和粉土質(zhì)砂。根據(jù)勘察結果，確定壩基土具有濕陷性，清基后壩基為非自重-自重濕陷性場地，濕陷土層下限深度為1.50～12.50 m，濕陷等級多為Ⅰ級（輕微）～Ⅱ級（中等），局部為Ⅲ級（嚴重）。濕陷等級為Ⅰ級（輕微）的濕陷土層厚度為0.50～7.00 m，平均厚度約為3.30 m；濕陷等級為Ⅱ級（中等）的濕陷土層厚度為3.60～12.10 m，平均厚度約為7.50 m；濕陷等級為Ⅲ級（嚴重）的濕陷土層厚度為10.40 m。其中，庫壩區(qū)地基土的濕陷下限為第四系上更新統(tǒng)卵石混合土、混合土卵石層的頂面。

水庫蓄水后，壩基飽和Q3pl土存在震動液化問題。液化土深度一般為8.50 m，深度為8.50～11.00 m的局部土輕微液化。

2 素土擠密樁在金沙灘水庫濕陷性壩基處理中的應用

2.1 素土擠密樁設計

根據(jù)地質(zhì)情況，考慮庫區(qū)采用復合土工膜全庫盆防滲后，基礎處理以處理土的濕陷性為主、液化為輔。經(jīng)多方比選，選用素土擠密樁來消除壩基濕陷性，處理的標準按非自重濕陷Ⅰ級（輕微濕陷性）標準控制。

樁內(nèi)填土采用素土即庫區(qū)開挖土，樁徑為400mm，梅花形布置。根據(jù)多方討論，確定對無濕陷性場地及非自重Ⅰ級（輕微）濕陷性場地不進行基礎處理；對Ⅰ級非自重濕陷性基礎、10 m以上壩高的壩基進行處理，樁間距為1.4 m，樁長約5 m；對非自重Ⅱ級（中等）、自重Ⅱ級（中等）和自重Ⅲ級（嚴重）濕陷性場地等進行基礎處理，樁距均為1.2 m。壩基處理特性，見表1。

壩軸線長3 992.6 m，處理壩軸線長3 080.6 m。處理樁長為計入頂部50 cm后的長度，共計135.97萬m。

表1 壩基處理特性

2.2 素土擠密樁施工要點

2.2.1 施工程序

由于素土擠密樁樁距較小，為防止成孔及夯實過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象發(fā)生，采用隔點施工，其施工工藝流程如下：

場地整平→樁位放線→鉆機就位→樁點校驗→成孔→孔底夯實→填土夯實→成樁。

2.2.2 施工方法

擠密樁成孔主要采用兩種方法：錘擊沉管成孔和沖擊成孔。

鉆孔完成后，將孔內(nèi)雜物、積水和落土清理干凈，夯填前檢查孔徑、孔深、孔的傾斜度和孔的中心位置，合格后進行夯填施工。夯實機就位，保證夯錘能垂直落入孔底。回填土料前，對樁孔底部進行夯實，直至孔底發(fā)出清脆夯擊聲音后，開始回填土料。最后一層土料夯擊的高程要比設計樁頂高出20～30 cm，以保證樁頭質(zhì)量。

2.2.3 技術要求和質(zhì)量控制

（1）填夯施工前，應進行現(xiàn)場試驗，嚴格按照試驗確定的參數(shù)進行施工。

（2）向孔內(nèi)填料前，孔底應夯實，并應抽樣檢查樁孔的直徑、深度和垂直度。樁孔的垂直度偏差不宜大于1.5%；樁孔中心點的偏差不宜超過樁距設計值的5%。

（3）在保證填料的含水量接近或等于最優(yōu)含水量的狀態(tài)下，定量分層夯實。

（4）成孔擠密由外向里、間隔分批進行，成孔后應立即進行夯填，設計開挖面以上應予留0.5m松動層。

（5）填料、夯擊交替進行，均勻夯擊至設計標高以上20～30 cm時停止。樁頂至地面間的空檔可采用素土夯填輕擊處理，待基礎處理完成時，將超出設計樁頂?shù)臉额^及予留松動層挖掉。

（6）壩基處理控制指標：樁體壓實系數(shù)≥95%，樁間土擠密后的平均擠密系數(shù)≥0.93，樁間土和樁孔內(nèi)濕陷性系數(shù)ζs＜0.015（即按輕微濕陷性標準控制）。

2.3 質(zhì)量檢驗

2.3.1 樁身夯填質(zhì)量檢驗

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師劃分的單元工程按總樁數(shù)的0.5%進行抽樣隨機檢查。檢驗方法采用小環(huán)刀深層取樣檢驗法。檢測點位置選在距孔心2/3半徑處。

2.3.2 樁間土擠密質(zhì)量檢驗

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師劃分的施工單元工程按三樁為一組，取總組數(shù)的1%進行抽樣隨機檢查。檢驗方法采用小環(huán)刀深層取樣檢驗法。檢測點位置選在三樁為一組的重心處半徑15 cm范圍內(nèi)。

通過檢測，處理后的壩基一般為I級（輕微）濕陷性場地或無濕陷性場地，其中豎井IIZ2和豎井IIIZ2為自重II級（中等）濕陷性場地，處理效果未達到標準，需進行補強處理。

3 結論

素土擠密樁對壩基的擠壓效果較好，基本消除了壩基土的濕陷性；且施工簡單，速度較快，造價低，比其他地基處理有明顯優(yōu)點，但施工前應做好現(xiàn)場試驗以確保滿足設計要求的施工參數(shù)；壩基濕陷性處理在庫區(qū)采用復合土工膜全庫盆防滲后按輕微濕陷性標準控制是可行的，同時降低了工程投資，縮短了施工工期。