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        灰土擠密樁施工技術(shù)在韓家園泵站地基處理中的應(yīng)用

        2014-12-25 02:06:28杜秀敏
        山西水利科技 2014年2期
        關(guān)鍵詞:密樁灰土樁體

        杜秀敏

        (山西省張峰水庫建設(shè)管理局 山西太原030002)

        1 工程概況

        1.1 工程地質(zhì)條件

        韓家園泵站及前池,地面高程871~873.5m。出露地層巖性為(Q3Pa1)低液限粉土夾低液限黏土,結(jié)構(gòu)較松散,土質(zhì)均勻,厚5.0~25.0 m。其天然密度為1.32~1.66g/cm3,平均值為1.47g/cm3;干密度為1.18~1.35g/cm3,平均值為1.26g/cm3;孔隙比為1.014~1.300;天然壓縮系數(shù)(av1-2)0.05~0.69MPa-1,平均值為0.17MPa-1,多具中等壓縮性。

        場地地層巖性為(Q3pal)低液限黏土、低液限粉土,濕陷系數(shù)(δs2.0)為 0.003~0.100,濕限起始壓力13~166kPa,具輕微~強(qiáng)烈濕陷性,場地土存在濕陷性問題。

        場地自重濕陷量的計算值為55.0~246.0 mm,地基濕陷量的計算值為255.0~476.5mm,場地濕陷類型為自重,地基濕陷等級為Ⅱ級(中等),濕陷土層水平范圍為泵站廠區(qū)(82m×82m),下限深度按10 m考慮。

        1.2 地基處理方案比選

        韓家園泵站地基為濕陷性黃土地基,地基承載力不滿足設(shè)計要求,需要進(jìn)行地基加固處理??紤]到工程位于村莊附近,強(qiáng)夯處理振動和噪音大,容易對附近村民生產(chǎn)生活產(chǎn)生影響。同時,本工程地基濕陷性深度不均勻,通過開挖置換法處理,工程造價成本高,經(jīng)過方案比選,確定使用灰土擠密樁處理。

        1.3 灰土擠密樁施工概況

        韓家園泵站及前池基礎(chǔ)處理采用灰土擠密樁?;彝僚浜媳葹?:7,灰土擠密樁梅花形布置,樁距1.0 m,樁徑400 mm。樁長9.0 m的1822根,7.30 m的687根,9.30 m的1028根。樁孔填料平均壓實(shí)系數(shù)不小于0.97,其中壓實(shí)系數(shù)最小不應(yīng)小于0.94;樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93。打樁完畢將樁頭挖去500 mm,然后鋪設(shè)500 mm厚的3:7灰土墊層分層夯實(shí),壓實(shí)系數(shù)不得小于0.95。

        2 施工方案及工藝流程

        2.1 施工方案

        根據(jù)設(shè)計提出的地質(zhì)情況,常用的灰土擠密樁施工設(shè)備有柴油打樁機(jī)和夯擴(kuò)機(jī)兩種。由于韓家園泵站距離老百姓居住區(qū)域較近,采用柴油打樁機(jī)噪聲大,不能滿足晝夜連續(xù)施工的要求,如果遇到部分地層存在縮孔現(xiàn)象,則無法有效成孔,另外對周圍環(huán)境污染也嚴(yán)重。夯擴(kuò)機(jī)噪聲小,能有效防止縮孔產(chǎn)生,可兼具成孔夯填雙重功能,使用電能,清潔無污染,設(shè)備故障率低,能滿足連續(xù)施工要求。根據(jù)施工技術(shù)可能達(dá)到的條件,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比,最后確定使用夯擴(kuò)機(jī)完成灰土擠密樁的地基處理任務(wù)。

        本工程灰土擠密樁選用D400夯擴(kuò)機(jī)夯擴(kuò)成孔的方法進(jìn)行施工,填料夯實(shí)采用D350重錘夯實(shí),夯錘重3.5t,3:7灰土在拌和站人工配合裝載機(jī)進(jìn)行拌和,1t三輪車運(yùn)至現(xiàn)場,人工填料;灰土墊層采用ZL50裝載機(jī)攤鋪回填,人工整平,10 t振動碾壓實(shí)。工程生產(chǎn)施工前,首先根據(jù)地質(zhì)情況先選取不同的地點(diǎn)進(jìn)行試樁,通過對試驗(yàn)樁的檢測,獲取滿足設(shè)計要求的施工參數(shù)作為指導(dǎo)施工和質(zhì)量管控的重要技術(shù)支撐。

        2.2 施工工藝流程

        施工工藝流程見圖1。

        圖1 灰土擠密樁施工工藝流程圖

        3 施工方法

        3.1 施工前準(zhǔn)備

        3.1.1 場地準(zhǔn)備

        (1)對場地進(jìn)行平整,復(fù)核地基土含水率、飽和度,將場地形成橫坡,做好臨時排水溝,保證排水通暢。

        (2)根據(jù)基礎(chǔ)平面布置圖及樁位圖,設(shè)置軸線控制點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn),準(zhǔn)確定位每個施工樁位點(diǎn),做好標(biāo)識并逐一編號。

        3.1.2 材料準(zhǔn)備

        (1)土:采用就地挖出的純凈黃土,有機(jī)質(zhì)含量不超過8%,土粒過篩,顆粒不大于15mm。

        (2)石灰:選用Ⅲ級以上新鮮成品熟石灰粉,顆粒不大于5mm,且無未熟化的生石灰顆粒及其他雜質(zhì)。

        (3)灰土拌和:石灰和土料按3:7體積比進(jìn)行均勻拌和,并用15mm的篩子過篩后使用。每天施工前核定土的含水率,保證拌和后灰土的含水量達(dá)到最優(yōu)含水量的±2%左右。實(shí)地可用“手握成團(tuán),落地開花”的標(biāo)準(zhǔn)來鑒定含水量。

        3.2 成孔、成樁施工

        3.2.1 成孔

        成孔依次逐排由外向內(nèi)進(jìn)行,隔孔跳打進(jìn)入第一遍成孔,成孔深度9.0/7.3/9.3m,孔徑400 mm,孔距1.0 m,梅花形布置。成好一個孔用蓋板蓋一個孔,通過孔深、孔徑、垂直度、位移等檢查驗(yàn)收后,統(tǒng)一編號記錄。成孔施工順序如圖2所示。

        圖2 成孔間隔方法施工示意圖

        3.2.2 成樁

        施工順序:清底夯→灰土拌和→虛填→夯擊→成樁。

        成孔后及時夯填,在向孔內(nèi)填灰土前先夯實(shí)孔底5錘,灰土分層回填夯實(shí)。經(jīng)試驗(yàn),3.5t夯錘在4.0 m高度夯擊下,填料厚度60 cm時夯擊3下,填料厚度40 cm時夯擊2下為最優(yōu)夯擊參數(shù),樁體的壓實(shí)系數(shù)可以達(dá)到0.97。

        3.2.3 灰土墊層施工

        (1)灰土擠密樁施工完畢后,采用裝載機(jī)將樁頂500 mm范圍全部鏟除,重新分層攤鋪3:7灰土至設(shè)計高程,每層攤鋪厚度300 mm。

        (2)灰土墊層采用10 t自行式振動碾碾壓,邊角部位采用手扶振動碾壓實(shí),碾壓遍數(shù)經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)確定為靜壓1遍后再振動碾壓5遍。

        (3)灰土回填每層夯實(shí)后,根據(jù)規(guī)范取樣頻率進(jìn)行環(huán)刀取樣,測定壓實(shí)系數(shù)合格后,再進(jìn)行上一層灰土鋪攤。

        (4)找平與驗(yàn)收:灰土最上一層完成后,用掛線尋找地坪標(biāo)準(zhǔn),對應(yīng)檢查標(biāo)高和平整度,超高處用鐵鍬鏟平;低洼處應(yīng)及時補(bǔ)填灰土。

        4 質(zhì)量檢測

        灰土擠密樁的施工質(zhì)量檢測主要是樁體檢測,其檢測內(nèi)容包含樁體的壓實(shí)系數(shù)、樁間土的擠密系數(shù)、濕陷性消除程度、復(fù)合地基的承載力特征值等內(nèi)容。

        4.1 樁體的質(zhì)量檢測

        樁體的夯實(shí)質(zhì)量一般通過測定樁長范圍內(nèi)土的干密度確定,然后將其換算為平均壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行評定。樁體的平均壓實(shí)系數(shù)是根據(jù)樁孔全部深度內(nèi)的平均干密度與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)求得填料在最優(yōu)含水量狀態(tài)下的最大干密度的比值。樁體灰土的干密度取樣:自樁頂向下0.5m起,每1m不應(yīng)少于2點(diǎn)(1組),即樁孔內(nèi)距樁孔邊緣50 mm處1點(diǎn),樁孔中心處1點(diǎn),當(dāng)樁長大于6m時,全部深度內(nèi)的取樣點(diǎn)不應(yīng)小于12點(diǎn)(6組),當(dāng)樁長不足6m時,全部深度內(nèi)取樣點(diǎn)不應(yīng)小于10點(diǎn)(5組)。

        樁孔回填夯實(shí)后,隨機(jī)抽樣檢測夯后樁長范圍內(nèi)灰土填料的平均壓實(shí)系數(shù),按照規(guī)范要求抽檢的數(shù)量不少于樁總數(shù)的1%,采用開挖探井取樣法檢測,共抽檢35根,檢測結(jié)果全部符合設(shè)計要求。檢測值詳見表1。

        表1 抽檢樁體平均壓實(shí)系數(shù)表

        4.2 人工挖探井取樣檢測

        通過人工挖探井取樣送試驗(yàn)室做土工的方法評價本工程樁間土的擠密效果及濕限性消除情況。

        探井位置布置在相鄰兩根樁之間,挖掘深度為樁底以下0.5m,對濕限性區(qū)域挖掘深度至設(shè)計樁體底部高程,間隔1.0 m取1組樣,取土規(guī)格Φ100 mm×150 mm。樁間土試樣除進(jìn)行常規(guī)項(xiàng)目試驗(yàn)外,增做了濕限性試驗(yàn),浸水壓力為200 kPa。本次檢測室內(nèi)土工試驗(yàn)均按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-1999)的有關(guān)要求操作和試驗(yàn)。

        共布設(shè)探井10個,共取得樁間土原狀樣72件。所取樁間土試樣濕限系數(shù)均小于0.015,綜合分析認(rèn)為,經(jīng)處理后地基土的濕限性已消除。檢測值詳見表2。

        表2 樁間土擠密系數(shù)和濕陷系數(shù)檢測值

        4.3 單樁復(fù)合地基載荷

        通過灰土擠密樁試樁的單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn),確定本工程灰土擠密樁的復(fù)合地基承載力特征值。本工程按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)中檢測施工總樁體數(shù)量1%的要求,共抽檢35根。采用慢速維持載荷法,在設(shè)計樁頂標(biāo)高進(jìn)行,壓板使用0.865m2的圓形鋼筋混凝土承壓板,壓板下鋪約150 mm厚的中粗砂墊層找平。逐級加載,每級載荷達(dá)到相對穩(wěn)定后加下一級荷載,直至最大加載值。本次試驗(yàn)最大加荷值360 kPa。每級加載值為最大加載值的1/10,載荷分級見表3。

        表3 灰土擠密樁復(fù)合地基加荷級率表

        試驗(yàn)過程中,每級加載前后分別測記一次承壓板沉降量,以后每隔30 min讀一次。連續(xù)兩小時內(nèi)每小時內(nèi)的沉降不超過0.1mm時,則認(rèn)為已趨穩(wěn)定,可加下一級荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時,即可終止加載:

        A.承壓板周圍的土明顯的側(cè)向擠出;

        B.沉降S急驟增大,荷載-沉降(P-S)曲線出現(xiàn)陡降段;

        C.在某一載荷下,24h內(nèi)沉降速率達(dá)不到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);

        D.沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。

        經(jīng)試驗(yàn)檢測,35根樁體沉降值在3.09~18.86mm之間,地基承載力特征值符合設(shè)計要求。檢測值詳見表4。

        表4 樁體沉降量檢測值

        5 結(jié)語

        經(jīng)樁體質(zhì)量檢測、人工挖探井取樣檢測、單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn),所取試樣的樁體壓實(shí)系數(shù)、樁間土擠密系數(shù)、復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計要求,濕限系數(shù)小于0.015。綜合分析認(rèn)為,韓家園泵站基礎(chǔ)通過灰土擠密樁施工處理后,地基土濕陷性已消除,地基承載力達(dá)到了設(shè)計要求。

        灰土擠密樁施工方案在韓家園泵站基礎(chǔ)處理中取得了良好的效果,也為類似工程積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

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