付 梁

(山西省万家寨引黄工程管理局太原分局)

任何建筑物的荷载最终将通过基础传递到地基上。凡是基础直接建造在未经加固的天然土层上时，这种地基称为天然地基。若天然地基很软弱，则事先要经过人工处理，这种地基称之为人工地基，其处理过程称为“地基处理”(soil treatment)或“地基加固”(soil improvement)。地基处理方法主要分为:换土垫层法，振密、挤密法，排水固结法，置换法，加筋法和冷热处理法等。土挤密桩法属于地基处理方式中的振密、挤密法。

土挤密桩法由原苏联阿别列夫教授于1934年首创，并在工程中得到广泛应用。我国自20世纪50年代中期开始在西北黄土地区进行土挤密桩法的研究和应用。60年代中期，西安地区在土挤密桩法的基础上成功地研究了灰土挤密桩法，并在70年代逐步推广应用。土挤密桩法是利用成孔过程中的横向挤压作用，将桩孔内的土挤向周围，使桩间土挤密，然后将素土填入桩孔内，并分层夯填密实至设计标高。夯填密实的土挤密桩，与挤密的桩间土形成复合地基，上部荷载由桩体和桩间土共同承担。对土挤密桩法，若桩体和桩间土密实度相同时，形成均质地基。

土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，处理地基深度一般为5－15 m。此法不仅常用于房建工程，也适合桥涵、道路和水利等工程，其具有原位处理、深层挤密和以土治土等特点，在我国西北和华北地区广泛应用于处理深厚湿陷性黄土、素填土和杂填土地基，具有较好的经济效益和社会效益，是一种比较理想的地基处理方式。

1 工程概况

1.1 概述

金沙滩水库是万家寨引黄入晋北干线上的一座调节水库，位于朔州市怀仁县新家园乡尚希庄村，大峪河灌区东干渠的左侧，库址紧邻引黄北干输水线路。水库的主要任务是调节引黄水量，保证8－9月间停止引水期间或当输水线路因意外事故而中断供水时，利用库存水量向大同、左云、山阴、怀仁等受水区持续供水。水库校核洪水水位1 115.08 m，相应库容1 120.21万m3;正常蓄水位1 114.89 m，相应库容1 101.7万m3;死水位1 103.0 m，相应死库容67万m3。

水库为半挖半填型，坝轴线总长3 992.60 m，碾压均质土坝，采用复合土工膜全库盆防渗。

水库工程主要建筑物有大坝、库区防渗、进出水系统、泄水、山阴供水系统以及公路、管理用房等附属设施。水库进水口布置在库区西南侧，入库流量7.7 m3/s;出水口布置在库区东北侧，出库流量7.3 m3/s。出水采用坝下廊道内套管型式与下游输水线路相接。水库放空及山阴供水共用一个泄水口，布置在库区东北侧。山阴供水管线采用DN800球墨铸铁管与上游输水线路相接，总长约2.3 km。水库放空管出口工作阀室后设消力池，池后接泄水埋涵，水流泄入尚希庄河，总长约2.3 km。大峪河灌区东干渠位于库区右侧，为确保洪水期的大坝安全，对部分洪灌渠道进行清淤护砌，护砌长约2.1 km。大坝外坡脚线外设纵向排水沟，排水沟外设4 m宽绕坝公路，沥青路面，长4.4 km。

1.2 工程地质

金沙滩水库库区地形较平坦，库区地层沉积为大峪口河流山前洪积堆积物，地层分布韵律差，沉积交错杂乱。主要地层有:人工堆积(Qs)、第四系全新统洪冲积(Q4pal)、第四系上更新统洪积(Q3pl)、第四系中更新统洪积(Q2pl)，岩性主要为低液限粉土、低液限黏土、粉土质砂、卵石混合土、混合土卵石、级配不良砾、级配不良砂。

据库区及周围机井的调查情况，地下水位埋深约70－90 m。

坝址地层为第四系全新统洪冲积、上更新统洪积、中更新统洪积堆积物，岩性主要为低液限粉土、低液限黏土、粉土质砂、卵石混合土、混合土卵石、级配不良砾、级配不良砂。坝基土主要为第四系上更新统低液限黏土、低液限粉土及粉土质砂，均具有湿陷性。坝基为非自重—自重湿陷性场地，湿陷土层下限深度为1.5－12.5 m，湿陷等级多为Ⅰ级(轻微)－Ⅱ级(中等)，局部为Ⅲ级(严重)。湿陷等级为Ⅰ级的湿陷土层厚度为0.5－7.0 m，平均厚度约为3.3 m;湿陷等级为Ⅱ级的湿陷性土层厚度为3.6－12.1 m，平均厚度约7.5 m;湿陷等级为Ⅲ级的湿陷性土层厚度为10.4 m。

2 坝基处理设计方案及技术参数

2.1 坝基处理设计方案

根据金沙滩水库坝基的地质情况，基础处理以处理土的湿陷性为主。坝基湿陷性土层处理方法选用锥柱挤密桩来消除坝基湿陷性，处理的重点是开挖深度较浅及湿陷等级为Ⅱ级的地段。

桩内填土采用素土即库区开挖土，桩径400 mm，梅花形布置，桩距因地基类型不同而不同。非自重轻微湿陷性场地桩距为1.4 m，非自重中等、严重湿陷性场地桩距为1.2 m。有效桩长:自建基面至底部桩端的长度，不含孔口挖除的0.5 m桩长，平均有效桩长6 m。

2.2 技术参数

桩体填土压实度≥95%，桩距1.2 m的桩间土干密度≥1.5 g/cm3，桩距1.4 m的桩间土干密度不作要求。

3 施工方法

3.1 工艺试验

由于本工程基础多具有湿陷性，根据设计要求，采用素土挤密桩对坝基进行加强处理。为给此项工程提供可靠的施工参数，分别于2009年7月11－22日和8月5－8日，共进行了两次生产性工艺试验。根据两次试验的检测成果，最终确定的施工工艺及参数如下:

(1)填土料各指标按设计要求执行;

(2)采用柴油锤锤击沉管成孔及吊线锤冲击成孔;

(3)主要用夹杆锤(≥150 kg，60 cm冲程)夯填，按10 cm夯3击施工。辅以线锤(≥300 kg，

2.0 m冲程)，按40 cm夯6击施工。

3.2 施工布置和顺序

随着工程建设计划目标的大幅提前，承包商对挤密桩的作业面布置和施工顺序进行了调整，施工高峰期由原来的4个作业面(每个作业面2－3个坝段)平行施工调整为10个作业面(1个坝段为一个作业面)平行施工，每个作业面布置3－5台机组同步施工。素土挤密桩法施工场景见图1。

图1 素土挤密桩法施工场景

3.3 工艺流程

由于素土挤密桩桩距较小，为防止成孔及夯实过程中出现塌孔现象，采用隔点跳孔施工，其施工工艺流程如下:场地整平→桩位放样→桩机就位→桩点校验→成孔→孔底夯实→土料检测、运输→填土夯实→成桩→检测。

3.4 成孔方法

3.4.1 锤击沉管成孔

桩机安装就位后，使其平稳，然后吊起桩管，对准桩孔位，并在桩管和桩锤之间垫好缓冲材料，缓缓放下，使桩管、桩尖、桩锤在同一垂线上，然后利用锤的自重将管桩击入土中，如此循环往复。

桩尖开始入土时，先低锤轻击或重打，待桩尖沉入土中1－2 m后，按照预定的速度、落距，锤击沉管至设计高程。

3.4.2 冲击成孔

冲击成孔是利用冲击钻机将5－6 t重的锥形锤头提升0.5－2.0 m的高度自由落下，反复冲击成孔。开孔时低锤轻击，锤头全部入土后，再按正常冲程冲击。

坝基挤密桩成孔质量检测结果见表1。

表1 坝基挤密桩成孔质量检测结果统计表

3.5 填土夯实及成桩

桩孔成形后，对孔径、孔深、倾斜度、中心位置进行检查，全部合格后，选用就近挖取的纯净黄土或一般性黏土、粉土进行夯填施工。夯实机就位后及时校正，保证夯锤能垂直落入孔底。回填土料前，对桩孔底部进行夯实，直至孔底发出清脆夯击声音后，才开始回填土料。自卸汽车及装载机运土，人工及机械装土入孔，夯填土料采用夹杆锤或线锤夯实。

4 质量检验

素土挤密桩主要质量检测项目为桩身压实度、桩间土干密度。桩身压实度检测总桩数的0.5%，桩间土干密度检测按三桩一组进行检测，检测数量为总组数的1%，按孔深每米取一个土样进行土样检测，检测频率和结果满足设计要求。挤密桩取样检测探井见图2。

图2 挤密桩取样检测探井1

桩身夯填质量检查:设计要求桩身压实度不小于95%，检测数量为总桩数的0.5%;在全部孔深内每米取样检测其干密度，合格率不小于80%。桩身压实度至少取样检测1 035根桩，实际取样检测1 129根桩;检测结果为:平均压实度最小值84.6%，最大值99.3%，平均值96.9%，合格率为89.8%。

桩间土挤密质量检查:设计要求挤密后的桩间土干密度不小于1.5 g/cm3，湿陷系数小于0.015;按三桩一组进行检测，检查数量为总组数的1%，检查孔每米孔深取一个土样进行检测，合格率不小于80%。桩间土至少应检测386组，实际取样检测438组。检测结果为:桩间土平均干密度最小值1.50 g/cm3，最 大 值 1.67 g/cm3，平 均 值1.53 g/cm3，合格率100%;桩间土平均湿陷系数最小值0.002 3，最大值0.017 0，平均值0.007 2，合格率99%。

5 结语

对于湿陷性黄土地基，采用素土挤密桩法进行处理，不仅能够做到就地取材，提高施工效率，节约工程投资，而且对其湿陷性的消除效果也较好。但施工前，必须进行多样性的生产性试验，以便于设计参数的复核和修正，同时能够充分取得正确的施工参数和施工工艺。

［1］郑俊杰.地基处理技术［M］.武汉:华中科技大学出版社，2004.

［2］JGJ79－2002 建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.