□□ 李紅現(xiàn)，任寧昌，左凱宇，鄒洪亮，趙元超，齊鵬舉

(中國建筑第八工程局有限公司西北公司，陜西 西安 710065)

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)概況

該工程擬建場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ(中等)～Ⅳ(很嚴(yán)重)級。根據(jù)勘探揭露，場地的地層從上至下依次為人工填土(Qml)、第四系上更新統(tǒng)風(fēng)成黃土(Q32eol)、殘積古土壤(Q31el)、中更新統(tǒng)晚期風(fēng)成黃土(Q22eol)、殘積古土壤(Q22el)、中更新統(tǒng)早期風(fēng)成黃土(Q21eol)，具體如圖1所示。各層土的特征描述如下：

①素填土(Q4ml)：以粉質(zhì)黏土為主，含少量生活、建筑垃圾，局部為夯實灰土；該層含有①雜填土層，以建筑垃圾為主。北一指廊靠近停車坪區(qū)域表層1.0～1.5 m為灰土。

②黃土(Q3eol)：黃褐色，硬塑，針孔及蟲孔發(fā)育，部分勘探點該層頂部分布厚度不均的黑壚土，局部由于取土而缺失。層厚為0.50～11.20 m，層底深度為7.40～13.50 m，層底標(biāo)高為460.39～465.24 m。

③古土壤(Q3el)：紅褐色，硬塑，團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，含鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核。巖性均一。層厚為1.50～4.00 m，層底深度為10.40～16.70 m，層底標(biāo)高為457.61～462.64 m。

④黃土(Q2eol)：黃褐色，硬塑，針孔發(fā)育，含少量鈣質(zhì)條紋，偶見蝸牛殼碎片。層厚為1.20～4.20 m，層底深度為12.50～19.40 m，層底標(biāo)高為455.21～461.04 m。

⑤黃土(Q2eol)：黃褐色，硬塑，針孔發(fā)育，含少量鈣質(zhì)條紋，偶見蝸牛殼碎片。局部層底為2～3 m含水量較大。層厚為4.00～7.70 m，層底深度為18.60～25.90 m，層底標(biāo)高為449.36～454.37 m。

⑥古土壤(Q2el)：紅褐色～黃褐色，硬塑，團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，含鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核。該層頂部、底部為古土壤，中間夾約1 m厚黃土(俗稱“紅二條”)。層厚為2.40～5.00 m，底深度為22.80～29.80 m，層底標(biāo)高為445.30～451.27 m。

⑦黃土(Q2eol)：黃褐色，可塑，含少量鈣質(zhì)條紋，偶見蝸牛殼碎片。層厚為2.80～5.40 m，層底深度為25.80～33.00 m，層底標(biāo)高為441.36～447.07 m。

⑧古土壤(Q2el)：黃褐色，可塑、局部軟塑，團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)，含鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核，局部富集。層厚為1.10～3.60 m，層底深度為28.10～35.70 m，層底標(biāo)高為439.26～445.11 m。

從以上工程地質(zhì)勘查情況可以看出，該場地屬于典型的以黃土為主的土質(zhì)條件，且含水量比較大，符合濕陷性黃土的特點。

1.2 水文地質(zhì)概況

勘察期間，實測地下水穩(wěn)定水位埋深為27.50～40.50 m，相應(yīng)的水位高程為436.84～439.88 m，屬潛水類型。地下水的補(bǔ)給主要為雨水下滲及地下徑流，地下水的排泄主要為地下徑流，擬建場地地下水位如圖2所示。地下水補(bǔ)給對該場地地下水無影響。擬建場地南側(cè)約8 km為渭河，北側(cè)5 km為涇河。根據(jù)周邊資料收集可知，此區(qū)段涇河、渭河河漫灘地下水水位標(biāo)高分別約為385 m、368 m，該場地地下水位高程為436.84～439.88 m。綜合分析地下水補(bǔ)給涇河及渭河，涇河、渭河對該場地地下水無影響。擠密樁的成孔深度未達(dá)到地下水埋深，所以可以不用考慮地下水對擠密樁成孔施工的影響。

圖2 擬建場地地下水位示意圖

2 素土擠密樁設(shè)計方案

2.1 擠密樁的設(shè)計布置

該場地為自重濕陷性黃土，采用靜壓沉管成孔工藝素土擠密樁對場地進(jìn)行濕陷性預(yù)處理[1-2]?，F(xiàn)場擠密樁分為擠密樁試樁和擠密樁正式樁兩種，其樁徑均為560 mm，樁間距均為1 200 mm，正三角形布樁樁位布置圖如圖3所示，擠密樁試樁布置如圖4所示。樁孔回填材料采用素土，分層回填，分層夯實。為消除樁身長度范圍內(nèi)地基土的濕陷性，設(shè)計要求樁體內(nèi)壓實系數(shù)≮0.97，樁間土壓實系數(shù)≮0.93。

圖3 擠密樁樁位示意圖

圖4 擠密樁試樁樁位示意圖

該施工場地內(nèi)擠密樁種類總共有11種，除了擠密樁11有一定的地基承載力要求，需要在樁基成孔之后挖除上部土體及土層做500 mm厚的3∶7灰土墊層且壓實系數(shù)≮0.95之外[3-4]，其他擠密樁無地基承載力要求，擠密樁1～11的各種成樁參數(shù)與檢測目標(biāo)詳見表1。

表1 擠密樁成樁參數(shù)

2.2 擠密樁的施工方案與工藝流程

擠密樁施工采用靜壓沉管成孔如圖5所示，再在孔內(nèi)分層回填素土用打夯機(jī)強(qiáng)夯至設(shè)計標(biāo)高樁頂500 mm以上[5-6]。施工時成孔和回填夯實的施工順序，應(yīng)從內(nèi)到外梅花間隔進(jìn)行。成孔后應(yīng)及時檢測樁孔的直徑、深度及垂直度，樁孔的垂直度偏差不得>1%，孔中心距偏差不得>0.25D(D為樁直徑)。向孔內(nèi)填料時應(yīng)先夯實孔底，然后分層回填素土進(jìn)行夯實，夯實機(jī)具采用卷揚(yáng)機(jī)提升式夯實機(jī)，錘重≮1.5 t。樁內(nèi)平均壓實系數(shù)≮0.97，樁間土的平均壓實系數(shù)≮0.93。

圖5 靜力壓樁機(jī)實物圖

擠密樁施工工藝[7]：場地平整、樁位放樣→樁機(jī)就位、調(diào)整→成孔→成孔檢查→樁機(jī)移位→夯機(jī)就位、孔底夯實→素土分層回填→分層夯實→抽樣檢驗→清除樁間土→褥墊層施工。

2.3 擠密樁施工要點

2.3.1樁位放樣

(1)根據(jù)樁位布置圖，以工程樁樁位放線準(zhǔn)確、方便為原則，設(shè)置一部分樁位作為工程樁控制樁。

(2)根據(jù)施工現(xiàn)場坐標(biāo)系統(tǒng)，按照設(shè)計圖紙采用全站儀測放出工程樁控制樁位，用直徑約為20 mm的鋼釬打孔，孔深≮30 cm，并向其中灌注白灰做好標(biāo)記。

(3)樁位控制樁測放結(jié)束后，應(yīng)由施工員先自檢，質(zhì)檢員再復(fù)檢樁位。合格后，報請監(jiān)理工程師驗收，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后方可進(jìn)行下道工序。

2.3.2樁機(jī)就位

樁機(jī)擺放應(yīng)順著打樁方向，機(jī)身調(diào)平、夾樁器應(yīng)垂直于地面，讓鉆桿自然垂直，對準(zhǔn)樁位緩緩落下，樁位偏差應(yīng)≤0.25 cm。準(zhǔn)備工作完成后，啟動壓樁油缸。在成孔過程中，如發(fā)現(xiàn)樁機(jī)傾斜，應(yīng)及時調(diào)整補(bǔ)救，確保成孔垂直度。

2.3.3靜壓樁機(jī)調(diào)整及成孔

(1)經(jīng)選定的靜壓樁機(jī)安裝調(diào)試后，行至樁位處，使樁管中心(即樁機(jī)夾樁器鉗口中心)與地面上標(biāo)識樁位的小木棍基本對準(zhǔn)，調(diào)平靜壓樁機(jī)，再次校核無誤后，將長步履(長船)落地受力。

(2)樁身對中調(diào)直。樁管由靜壓樁機(jī)自帶的16 t吊車吊入夾樁器鉗口后，緩慢將樁尖降到離地面10 cm左右為止，然后由液壓油缸驅(qū)動夾樁器夾緊樁身，微調(diào)壓樁機(jī)使樁尖對準(zhǔn)樁位，并將樁管壓入土中0.5～1.0 m，暫停下壓，再從樁的兩個正交側(cè)面校正樁身垂直度，當(dāng)樁身垂直度偏差<0.5%H時才可正式壓樁[8]。

(3)壓樁是通過主機(jī)的壓樁油缸伸程的力將樁管壓入土中，壓樁油缸的最大行程為2.2 m，所以每一次下壓，樁入土深度約為2.2 m，然后松開夾樁器→油缸回程、夾樁器上升→再夾緊樁管→再下壓，如此反復(fù)進(jìn)行。當(dāng)樁管被壓入標(biāo)注的尺寸深度(即設(shè)計深度)時，便可終止下壓。

(4)拔樁。為避免真空負(fù)壓造成縮徑、坍孔現(xiàn)象，在拔管前應(yīng)停頓10 s左右，然后通過液壓油缸反復(fù)伸程、回程將樁管拔出來，拔管速度不宜過快，油缸每次伸出(2.2 m)控制在20～23 s，每回程控制在38～42 s。

2.3.4成孔要求

(1)設(shè)計樁徑為560 mm，允許誤差為-20 mm，間距為1 250 mm，成孔深度不小于設(shè)計孔深，允許誤差為+500 mm，孔口中心偏差不大于樁距的5%。

(2)施工中孔深必須達(dá)到設(shè)計深度，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行成孔檢查并填寫成孔記錄。

(3)成孔過程中，應(yīng)經(jīng)常用線錘檢查樁孔的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差及時調(diào)整，保證成孔垂直度≤1%H(H為樁高)[9]。

(4)如有落土、縮孔等異?，F(xiàn)象，應(yīng)使用洛陽鏟進(jìn)行人工二次清孔，保證成孔質(zhì)量符合設(shè)計要求。

2.3.5施工順序

遵循設(shè)計要求，采取隔行隔樁跳打，順序如圖6所示?？偟氖┕ろ樞蚩刂圃瓌t是：從里向外，隔行隔樁跳打，分四個階段進(jìn)行施工。

圖6 靜力壓樁機(jī)成孔順序

(1)圖中1表示首先進(jìn)行施工的樁，屬于第一層次施工。

(2)圖中2表示隨后進(jìn)行施工的樁，屬于第二層次施工。

(3)圖中3表示隨后進(jìn)行施工的樁，屬于第三層次施工。

(4)圖中4表示最后進(jìn)行施工的樁，屬于第四層次施工。

2.3.6成孔檢查

成孔后及時檢查樁孔的質(zhì)量，對超差、縮孔等采取措施及時處理。處理方法下：

(1)樁位偏差采用尺量檢查，偏差超過樁距的5%，采用素土夯實回填后，重新成孔。

(2)成孔直徑偏差采用尺量檢查，偏差>-40 mm，采用螺旋鉆修孔。

(3)成孔深度采用尺量及測繩檢查。要求不小于設(shè)計孔深，允許誤差為+500 mm。孔深小于設(shè)計孔深時，重新成孔。

(4)成孔垂直度偏差≯1.5%H，成好一個孔用蓋板蓋一個孔，成孔時專人做好記錄，自檢并經(jīng)監(jiān)理驗收合格后，再進(jìn)行下一施工程序。

2.3.7土料拌和

(1)根據(jù)填料含水量控制在最優(yōu)含水量±2%以內(nèi)。

(2)素土質(zhì)量控制措施，采用就地挖土的粘性土及塑性指數(shù)>4的粉土，土內(nèi)不得含有松軟雜質(zhì)和耕植土；土料應(yīng)過篩，基顆粒應(yīng)≯15 mm，不得含有凍土，建筑垃圾。

2.3.8回填夯實

擠密樁回填夯實工藝流程為：夯機(jī)就位→分層填料→重錘夯擊→封頂壓實樁→夯機(jī)移位至下一根樁施工。

(1)素土填料含水率合適直接使用。

(2)素土用小裝載機(jī)回填，按規(guī)定間隔、次數(shù)、數(shù)量進(jìn)行填料，每次填料一鏟約0.15～0.2 m3。

(3)采用1.6 t重錘夯擊成樁。夯機(jī)由指定操作人員專人操作，每一次填料后，夯擊6～8次，夯實至基坑底面。根據(jù)施工經(jīng)驗，落距≥3.0 m。

(4)夯機(jī)平穩(wěn)就位、對中，夯錘應(yīng)自由落入孔底。

(5)填料前先對孔底進(jìn)行6～8擊預(yù)夯，夯擊次數(shù)以孔底發(fā)出清脆響聲為止。

(6)填料采用小裝載機(jī)計量，孔內(nèi)填料時，由專人按規(guī)定數(shù)量均勻填進(jìn)，不能盲目亂填，然后夯擊，交替進(jìn)行，即夯填孔底→填料→夯實→填料→封頂→夯實，夯擊數(shù)為6～8擊。

(7)填料、夯擊交替進(jìn)行，邊填邊夯，均勻下料，均勻夯擊至基坑底面，夯實后及時對樁身壓實系數(shù)進(jìn)行檢測，檢測數(shù)量為成樁總數(shù)的1%，每個單體≮9根。

(8)為保證樁孔的填、夯施工質(zhì)量，施工員對填料數(shù)量、填入次數(shù)、填料質(zhì)量、含水量、夯擊次數(shù)、提升高度應(yīng)有詳細(xì)的記錄，對完工的樁號、排號、樁數(shù)逐個與施工圖對照檢查，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即返工或補(bǔ)打、補(bǔ)填。

2.3.9抽樣驗檢

對樁身夯填質(zhì)量進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢驗[10-11]。采用開挖探井取樣檢驗法，人工開挖探井(與擠密效果檢驗探井合并進(jìn)行)，從樁頂設(shè)計標(biāo)高起，沿樁長每1.0 m在距樁孔中心2/3半徑處，取兩個試樣，測定干密度并計算出該層填料的壓實系數(shù)平均值，最后再計算出全樁長的平均壓實系數(shù)λ。抽檢數(shù)為成樁數(shù)的1%，且每個單體數(shù)量≮9根。要求樁體壓實系數(shù)≮0.97。用于檢測樁間土平均擠密系數(shù)的的檢測探井?dāng)?shù)量不得少于總樁數(shù)的0.3%，且每個單體工程≮3個，樁間土壓實系數(shù)≮0.93。對于抽檢不合格，采用三樁之間進(jìn)行加樁的方法予以處理，擠密樁驗收程序如圖7所示。

圖7 擠密樁驗收程序

3 擠密樁施工存在的問題及解決方法

3.1 擠密樁施工存在的問題

在擠密樁施工成孔的過程中，較為突出的問題是靜力壓樁機(jī)在樁基成孔的過程中樁孔存在一定的縮頸、縮孔問題，樁徑為560 mm，成孔樁徑大概在540～550 mm，在進(jìn)行正式樁成孔的過程中，每成孔100根，大約有60根左右會出現(xiàn)縮孔、縮頸的問題。出現(xiàn)該問題的原因可能是由地基土含水導(dǎo)致，其含水量過多過少都會導(dǎo)致縮孔或縮頸[11]；也可能是在擠密樁施工過程中，施工人員未按照施工要求進(jìn)行擠密成孔，如不遵循成孔順序而盲目擠密成孔，或是在成孔后未及時進(jìn)行孔內(nèi)填充造成的。

3.2 解決方法

為了解決擠密樁施工過程中存在的縮孔、縮頸問題，目前主要有如下解決方案：

(1)如果成孔位置地基土的水含量過多，可以在孔內(nèi)注入水泥或石灰粉等對水分進(jìn)行吸收，減少土體的含水量；若地基土含水量過少，可以預(yù)先浸潤加固土體，使其達(dá)到理想的含水量，此方法是平衡土體的含水量，使土體的含水量達(dá)到擠密樁的施工要求。從土力學(xué)角度而言[12]，平衡土體的擠壓力使土體的孔隙水壓力與成孔后對土體周圍的擠壓力相平衡，使其合力為0。

(2)從施工現(xiàn)場管理角度來說，在擠密樁施工過程中現(xiàn)場管理人員首先考察施工場地的具體情況，科學(xué)組織施工，然后按照規(guī)定的步驟進(jìn)行成孔。

(3)如果施工之前沒有注意到土體的濕陷性特征，待到成孔之后才發(fā)現(xiàn)擠密樁的縮孔、縮頸等問題，最為直接的方法就是采用旋挖法進(jìn)行擴(kuò)孔、擴(kuò)徑，即采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行旋挖施工，實踐證明采用旋挖法解決樁基成孔的縮孔、縮頸問題會大大加快施工進(jìn)度。該項目為了解決擠密樁施工過程中存在的縮孔、縮頸問題，采用旋挖法進(jìn)行處理，結(jié)果表明，利用旋挖鉆機(jī)不僅能夠提高擠密樁的施工速度，而且還能夠保證擠密樁的施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

結(jié)合關(guān)中平原某機(jī)場項目部擠密樁施工，介紹了擠密樁所處的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，擠密樁的設(shè)計與布置、擠密樁的施工工藝流程與方案、施工控制要點以及擠密樁施工過程中存在的問題與解決方法，分析可知：

(1)素土擠密樁成樁速度較快，可以適用于帶有濕陷性黃土性質(zhì)的關(guān)中平原區(qū)域，而且素土擠密樁的施工工藝也較為成熟，施工較為方便。

(2)素土擠密樁在濕陷性黃土性質(zhì)下的施工過程中存在縮孔、縮頸問題，可以從擠密樁成樁施工工藝，現(xiàn)場管理人員的組織以及采用旋挖法等3個方面有效解決。

(3)素土擠密樁在黃土土質(zhì)的復(fù)合地基中施工時，對于出現(xiàn)擠密樁縮孔、縮頸的問題，可以采用化學(xué)或物理方法改善土體中的含水量，讓土體的含水量處于擠密樁施工允許范圍之內(nèi)，進(jìn)而改善土體的土質(zhì)，平衡土體對樁孔周圍的壓力，使樁基成孔之后周圍土體發(fā)生的位移盡可能小。

(4)在黃土地區(qū)進(jìn)行擠密樁施工之前，首先要對黃土土質(zhì)本身的含水量進(jìn)行勘探調(diào)查，確定其含水量，進(jìn)而在后期的擠密樁施工過程中做好施工過程與質(zhì)量控制，現(xiàn)場管理人員要嚴(yán)控施工順序，盡可能減小擠密樁成孔之后出現(xiàn)縮孔、縮頸的概率。