灰土擠密樁處理橋頭濕陷地基的施工實(shí)踐

連玲波

（山西長(zhǎng)興路橋工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

灰土擠密樁法屬橫向加密土層法，是用沉管振動(dòng)、振沖或爆破等的方法在地基中擠土，形成直徑為28～60 cm的樁孔，然后向孔內(nèi)夯填灰土（灰土是將不同比例的消石灰和土摻和，一般體積比例為2∶8或者3∶7）形成的。成孔時(shí)成孔部位的土被側(cè)向擠出，從而使樁間土得到擠密；另一方面，灰土樁樁體材料石灰和土摻和后產(chǎn)生離子交換凝硬等反應(yīng)，形成一定強(qiáng)度的樁體，樁體和樁間擠密土共同組成人工復(fù)合地基[1]。因此其適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，處理深度宜為5～15 cm。

本文介紹太原至陽(yáng)泉高速公路某大橋橋頭濕陷性地基灰土擠密樁的整個(gè)施工過(guò)程，對(duì)濕陷性黃土地基處理施工具有借鑒意義。

1 工程概況

線路位于黃土高原區(qū)，地形、地貌條件相對(duì)復(fù)雜，且局部路段具有Ⅱ級(jí)濕陷性黃土，為消除黃土地基濕陷性隱患及增強(qiáng)地基承載力，利用灰土擠密樁處理的橋頭地基長(zhǎng)度為20 m，處理寬度至路基坡腳線外1 m（本工程處理寬度為75.78 m），總樁數(shù)為1 701根，其地基為Ⅱ級(jí)濕陷性黃土。

2 灰土擠密樁布置及技術(shù)參數(shù)要求

2.1 灰土擠密樁布置圖（圖1、圖2）

圖1 灰土擠密樁立面布置圖

圖2 灰土擠密樁平面布置圖

2.2 灰土擠密樁施工相關(guān)技術(shù)參數(shù)及要求

a）樁徑 D=40 cm，樁長(zhǎng) 11.5 m。

b）填料用灰土體積配比為2∶8。

c）樁間距為1 m，呈正三角形布置，這樣可以使樁間土得到均勻擠密。

d）要求處理后的復(fù)合地基承載力大于等于180 kPa。樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，樁間土濕陷性全部消除。

3 施工準(zhǔn)備

施工前，需收集相關(guān)資料，切實(shí)了解施工現(xiàn)場(chǎng)的工程地質(zhì)條件和周圍環(huán)境，編制好施工技術(shù)方案及相應(yīng)的技術(shù)措施，進(jìn)行周詳?shù)氖┕?zhǔn)備。主要包括：主要機(jī)具配置、人員組織、場(chǎng)地清理、測(cè)量準(zhǔn)備、試驗(yàn)準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)土的含水量檢測(cè)和調(diào)整等。

3.1 主要機(jī)具配置

沉樁機(jī)械為2.5 t導(dǎo)桿式柴油樁錘，由60滾杠式樁機(jī)架帶動(dòng)行走、就位和起吊樁管，沉管直徑40 cm。為保證設(shè)計(jì)要求，樁孔夯填采用專用夯實(shí)機(jī)，夯實(shí)錘重340 kg，且最大部分的直徑應(yīng)較樁孔直徑小100～150 mm，以便填料順利通過(guò)夯錘四周。

3.2 人員組織

施工技術(shù)人員、工長(zhǎng)、各設(shè)備操作工、維修工、電工、測(cè)量工、勞力工等。

3.3 場(chǎng)地清理

為保證對(duì)樁機(jī)運(yùn)行無(wú)影響，施工前需人工配合推土機(jī)對(duì)處理區(qū)域進(jìn)行清理、整平工作，清除障礙物，標(biāo)記處理范圍地下構(gòu)造物及管線，對(duì)樁機(jī)運(yùn)行有影響的松軟場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)壓處理，場(chǎng)地形成橫坡，并做好臨時(shí)排水溝，以此保證擠密樁施工作業(yè)（填方路段處置范圍為坡腳外1 m）。

3.4 測(cè)量準(zhǔn)備

施工前復(fù)測(cè)基線、水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量地基的中線、邊線，定出控制軸線、打樁場(chǎng)地邊線；根據(jù)地基平面布置圖及樁位圖，通過(guò)坐標(biāo)控制點(diǎn)，準(zhǔn)確定出每個(gè)施工樁位點(diǎn)，并做好標(biāo)示（白灰定位），經(jīng)檢驗(yàn)復(fù)核無(wú)誤后再進(jìn)行施工，并做好記錄。

3.5 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為給后續(xù)施工檢驗(yàn)提供標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，施工前工地實(shí)驗(yàn)室需對(duì)白灰進(jìn)行原材料試驗(yàn)、地基原狀土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，并按設(shè)計(jì)要求做好二八灰土的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，得出土和灰土填料的最佳含水量和最大干容重。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)土的含水量檢測(cè)和調(diào)整

擬處理地基土的含水量對(duì)成孔施工與樁間土的擠密至關(guān)重要。工程實(shí)踐證明，當(dāng)天然土的含水量小于14%時(shí)，土呈堅(jiān)硬狀態(tài)，成孔擠密很困難，且設(shè)備容易破壞；當(dāng)天然土的含水量等于或大于24%時(shí)，飽和度大于65%時(shí)，樁孔可能縮頸，樁孔周圍的土容易隆起，擠密效果差；當(dāng)天然土的含水量接近最優(yōu)（或塑限)含水量時(shí)，成孔施工速度快，樁間土的擠密效果好。因此，在成孔過(guò)程中，應(yīng)掌握地基土的含水量不要太大或太小。地基土宜接近最優(yōu)（或塑限）含水量，當(dāng)土的含水量低于14%時(shí)，宜對(duì)擬處理范圍內(nèi)的土層進(jìn)行增濕，增濕處理應(yīng)在地基處理前4～6 d前完成。

4 沉管法成孔工藝及措施要求

4.1 成孔工藝

灰土擠密樁成孔方法采用沉管擠密，當(dāng)整片處理時(shí)成孔擠密應(yīng)宜由內(nèi)向外進(jìn)行，局部處理宜由外向內(nèi)進(jìn)行，同排內(nèi)并間隔1～2孔進(jìn)行，成孔后應(yīng)立即進(jìn)行夯填。沉管時(shí)采用2.5 t導(dǎo)桿式柴油樁錘，樁尖定位對(duì)準(zhǔn)樁中心，調(diào)平樁架后，使樁管垂直后方可升錘，隨后方可緩緩放下，使樁管、樁尖、樁錘與同一垂線上，借錘擊力及樁管自重，將樁管壓入土中。

4.2 成孔措施要求

a）沉樁機(jī)械必須準(zhǔn)確定位，并檢測(cè)導(dǎo)管的垂直度，確保垂直度偏差不大于1.5%，再進(jìn)行沉樁施工。

b）樁尖開(kāi)始入土?xí)r，先低錘輕擊（或低提重打），待沉入土中1～2 m后，并能保證樁管方向穩(wěn)定后，再加大落距，用預(yù)定的速度、落距、繼續(xù)錘擊，直到達(dá)到設(shè)計(jì)深度為止。

c）拔管技巧：樁管沉入到設(shè)計(jì)標(biāo)高后不宜在土中擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而應(yīng)及時(shí)拔出，以免增大拔管阻力。具體是當(dāng)柴油錘成樁至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)立即關(guān)閉油門，在拔管前停頓10 s左右后，勻速拔管（小于等于1 m/min，軟弱層及軟硬交界處小于等于0.8 m/min）。拔管困難時(shí)可用水浸潤(rùn)管周圍或采用旋活樁管后起拔，拔出樁管后立即測(cè)量樁孔直徑和深度。

5 樁孔夯填工藝及措施要求

5.1 填料制備

灰土樁樁身填料所用石灰應(yīng)用Ⅲ及以上新鮮的塊灰，使用前1～2 d消解并過(guò)篩，不得含有粒徑大于5 mm的生石灰塊及其他雜質(zhì)，也不得含有過(guò)多的水分。土優(yōu)先采用就地挖出的黏性土及塑性指數(shù)大于4的粉土，土內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量不得超過(guò)5%，使用前過(guò)篩，其粒徑不大于15 mm，含水量應(yīng)符合規(guī)定。（本工程設(shè)計(jì)要求應(yīng)為Ⅰ級(jí)生石灰；所用土宜為砂土并進(jìn)行過(guò)篩，篩孔孔徑不大于20 mm，嚴(yán)禁使用腐殖土），并確保石灰與土按照體積比例2∶8在含水量接近最佳含水量時(shí)充分?jǐn)嚢柚令伾恢拢韬虾笠皶r(shí)填入樁孔，已拌成灰土不得超過(guò)6 h或隔夜使用，且要做到灰土拌制根據(jù)回填要求隨拌隨用，原料和拌合料盡量就近堆放，避免日曬、雨淋，被雨水淋濕、浸泡灰土嚴(yán)禁使用按作廢處理。

5.2 夯填施工

樁孔回填夯實(shí)前，應(yīng)對(duì)孔底進(jìn)行夯實(shí)，夯擊次數(shù)不少于8擊，并進(jìn)行填料回填試驗(yàn)，以確定每次合理的填料數(shù)量和夯實(shí)次數(shù)以及夯擊能。夯填施工由人工配合填料，機(jī)械連續(xù)夯擊，填料與夯擊要配合好，且要保證施工的連續(xù)性。成孔后夯實(shí)機(jī)就位，向孔內(nèi)填入已拌合好的二八灰土，填料要分層回填分層夯實(shí)，填料量不得小于設(shè)計(jì)值，一般每層填料厚度控制在10～20 cm以內(nèi)。樁體的夯實(shí)質(zhì)量宜用平均壓實(shí)系數(shù)控制，且樁體的平均壓實(shí)系數(shù)值均不小于0.96。

5.3 夯填過(guò)程中的措施要求

a）為保證夯填質(zhì)量，要嚴(yán)格控制并記錄每一樁孔的填料數(shù)量和夯實(shí)時(shí)間，夯實(shí)施工由專人監(jiān)督和檢測(cè)，并在工地現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)灰劑量。

b）每個(gè)樁孔回填料應(yīng)與設(shè)計(jì)計(jì)量相當(dāng)，并適當(dāng)考慮1.1～1.2的充盈系數(shù)。

c）對(duì)于未填實(shí)的墓穴、孔洞等面積不大、挖除不便時(shí)，將打樁穿通過(guò)，并在此周圍增加樁數(shù)，力求將其擠（夯）密。墓穴、孔洞等面積較大、深度較深時(shí)，及時(shí)通知設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位，變更設(shè)計(jì)或采取進(jìn)一步的補(bǔ)救措施。

d）灰土回填采用連續(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。夯實(shí)時(shí)盡可能打一孔填一孔，打孔時(shí)采用間隔打法。

e）擠密樁在成孔或拔管過(guò)程中對(duì)樁孔（或樁頂）上部土層有一定的松動(dòng)作用，因此施工前應(yīng)根據(jù)選用的成孔設(shè)備和施工方法在場(chǎng)地預(yù)留一定厚度的松動(dòng)土層，待成孔和樁徑回填夯實(shí)結(jié)束后將其挖除或按設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行處理。本工程設(shè)計(jì)要求填方路基樁孔回填至地面以下80 cm，并挖除樁頂80 cm覆土，回填80 cm二八灰土?；彝翂簩?shí)度滿足路基規(guī)范要求，且大于96%。

6 擠密樁施工過(guò)程中可能出現(xiàn)特殊問(wèn)題的處置

6.1 樁管（孔）傾斜問(wèn)題

a）原因分析 土質(zhì)軟硬不均勻是導(dǎo)致樁管（孔）傾斜的主要原因。施工時(shí)樁兩側(cè)土一邊軟一邊硬懸殊較大，沉管時(shí)管會(huì)向軟土一側(cè)傾斜。尤其是遇上空洞、大塊孤石等障礙物時(shí)，更易造成樁管傾斜。

b）處理方法 施工中要勤觀察、勤檢查，發(fā)現(xiàn)障礙物提前進(jìn)行處理，加大樁管檢查頻率，當(dāng)樁管傾斜度超過(guò)2%時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止沉管，將沉管拔出，待孔中填入土料后再重新復(fù)打。

6.2 樁孔縮頸或堵塞問(wèn)題

a）原因分析 地基土的含水量過(guò)大或過(guò)小。含水量過(guò)大，土層呈強(qiáng)度極低的流塑狀，打樁時(shí)土受強(qiáng)制擾動(dòng)擠壓產(chǎn)生孔隙水壓，樁管拔出后，擠向一側(cè)未回填孔，使未填孔身局部直徑縮?。缓窟^(guò)小，土層呈堅(jiān)硬狀，擠密成孔時(shí)易碎裂松動(dòng)而塌孔造成堵塞。另一方面有可能是不按規(guī)定的施工順序進(jìn)行施工導(dǎo)致此情況發(fā)生。

b）處理方法 在地基土的含水量在達(dá)到或接近最佳含水量時(shí)，進(jìn)行擠密施工，可有效防止縮頸?？s頸可采用洛陽(yáng)鏟將樁孔孔壁凸出部分鏟去和采取復(fù)打辦法解決。前者適用于縮頸不嚴(yán)重或在樁孔上部出現(xiàn)時(shí)，后者適用于縮頸較為嚴(yán)重的情況。另外，為避免夯打造成縮頸堵塞，必須遵守前述施工工藝的相關(guān)要求，尤其控制拔管速度，采取“慢拔”方法和間隔跳打夯填。

7 施工效果

灰土擠密樁地基施工處理的技術(shù)效果主要在成孔擠密、消除濕陷性和提高承載力3個(gè)方面。設(shè)計(jì)要求本灰土擠密樁身二八灰土壓實(shí)系數(shù)不小于0.96，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93，加固處理后的地基要求濕陷性系數(shù)小于0.015，地基承載力大于等于180 kPa。由于本工程在大橋橋頭路基位置十分重要，所以在擠密樁施工完畢7 d后施工單位委托具備地基檢測(cè)資質(zhì)的單位對(duì)單樁復(fù)核地基載荷試驗(yàn)、樁間土濕陷性消除情況、樁體壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行了抽樣檢驗(yàn)，共完成單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)9點(diǎn)，探井3個(gè)（采用機(jī)動(dòng)洛陽(yáng)鏟沖擊成孔，規(guī)格∮0.8 m；探井采用側(cè)壁刻塊法采取原狀土樣，樁間土原狀土樣取樣位置為正三角形布樁其中一邊的中點(diǎn)處，樁體灰土樣品取樣位置在樁身上，采樣垂直間距1.0 m，規(guī)格∮127×200 mm）。

7.1 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)

試驗(yàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，采用鋼梁上配置重物的形式（堆重法）提供試驗(yàn)所需反力，通過(guò)油壓千斤頂分級(jí)施加荷載進(jìn)行，靜載試驗(yàn)共9點(diǎn)，平均值180 kPa，試驗(yàn)綜合判定灰土擠密樁復(fù)合地基承載力特征值為180 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求，如表1。

表1 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表

7.2 樁間土濕陷性消除情況

樁間土取樣數(shù)量33個(gè)，樁間土的各項(xiàng)物理指標(biāo)均合格，作為主要指標(biāo)的濕陷系數(shù)在地基處理深度范圍內(nèi)實(shí)測(cè)結(jié)果范圍在0.001～0.011，濕陷性系數(shù)均小于0.015，滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 樁間土土工試驗(yàn)結(jié)果

表2 樁間土土工試驗(yàn)結(jié)果（續(xù)表）

7.3 樁體壓實(shí)系數(shù)檢測(cè)

經(jīng)檢測(cè)樁體壓實(shí)系數(shù)平均值為0.977，大于0.96，符合設(shè)計(jì)要求。有關(guān)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 壓實(shí)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)結(jié)果證明：地基承載能力提高，基礎(chǔ)處理深度范圍內(nèi)濕陷全部消除，樁體壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，真正達(dá)到了濕陷地基處理的效果。施工過(guò)程見(jiàn)圖3、圖 4、圖 5、圖 6。

圖3 灰土樁成孔施工

圖4 灰土樁夯填施工

圖5 灰土樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)

圖6 灰土樁施工完畢后

8 施工體會(huì)

a）工藝方面 因擠密樁施工機(jī)械相對(duì)較簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，且主要施工工序由成孔和夯填兩大部分構(gòu)成，所以施工方法簡(jiǎn)單，靈活易操作，是較好的一種地基處理方法。

b）工期方面 本案例1 701根擠密樁，歷時(shí)工期為58 d；單根灰土樁設(shè)計(jì)方量為1.3 m3，單根成孔用時(shí)在8～9 min，夯填用時(shí)在35～40 min，耗時(shí)相對(duì)較短。

c）成本方面 由于其所用材料價(jià)格低廉，所以樁徑40 cm二八灰土樁擠密地基施工成本經(jīng)濟(jì)，經(jīng)實(shí)地考核綜合單價(jià)為25元/m左右，相對(duì)其他深層地基加固工藝較為經(jīng)濟(jì)。

d）擠密樁應(yīng)用在橋頭特殊位置作用 作為重要部位的橋頭濕陷地基的處理，處理有效的話在防止地基濕陷變形，減少總沉降量的同時(shí)為后序預(yù)防橋頭跳車現(xiàn)象也從一定程度上奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

e）存在的突出問(wèn)題 灰土擠密樁處理公路工程濕陷性地基是由建筑上處理地基經(jīng)驗(yàn)引申而來(lái)的，目前在試驗(yàn)檢測(cè)和規(guī)范的完善性方面公路行業(yè)內(nèi)尚存在一定的欠缺，致使我們完工后檢測(cè)需要借鑒一些建筑地基上的檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)。這都需要進(jìn)一步得到補(bǔ)充完善和改進(jìn)提升，以適應(yīng)越來(lái)越高的公路建設(shè)水平要求。

9 結(jié)束語(yǔ)

山西省高速公路建設(shè)一直面臨濕陷性黃土地基如何處理的困擾，用灰土擠密樁法施工橋頭濕陷性地基在原地處理無(wú)需開(kāi)挖且處理深度較大；可就地取材，應(yīng)用廉價(jià)材料達(dá)到“以土治土”，能有效降低工程造價(jià)；施工簡(jiǎn)便靈活，功效高；并且濕陷性地基經(jīng)擠密后能有效地改變樁間土間的力學(xué)性能，消除黃土濕陷性、提高承載力，是一項(xiàng)可行的濕陷性黃土地基處理措施。