灰土擠密樁在公路濕陷性黃土地基加固中的應(yīng)用

張國棟 宋蕊蕊 河南萬里交通科技集團(tuán)股份有限公司

一、濕陷性黃土的基本特征

濕陷性黃土的基本特征主要包括以下幾點(diǎn)：1、濕陷性黃土的基本色調(diào)為“黃色”，可分為黃色、灰黃、棕黃等；2、濕陷性黃土含鹽成分高，尤其是碳酸鹽；3、石英、粘土礦物等均為濕陷性黃土的礦物成分，伊利石為粘土礦物的主要成分，化學(xué)成分中含量偏高的為劍突金屬鋁、鎂等；4、濕陷性黃土內(nèi)存在大量粉土顆粒，甚至高達(dá)60%左右；5、濕陷性黃土孔隙比大，一般為1.0，基本上均為松散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

從微觀層面來講，結(jié)構(gòu)單元、孔隙及膠結(jié)構(gòu)為構(gòu)成黃土的主要部分，黃土內(nèi)粗粒粉偏多，大于0.05mm的砂顆粒含量很少，因此黃土的骨架構(gòu)成主要為粗粉粒，在砂顆粒的表面附著有大量膠結(jié)物質(zhì)，從而具備微結(jié)構(gòu)特性。

二、工程概況

經(jīng)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，按地貌單元?jiǎng)澐帜彻饭こ虒儆邳S河南（右）岸Ⅱ級(jí)階地，場地地層上部為第四紀(jì)風(fēng)沖積—洪積碎屑沉積物，主要土質(zhì)類型為填土、黃土狀粉土。通過試坑浸水試驗(yàn)，12cm為自重濕陷量，由此可測得本路段為自重濕陷性黃土地質(zhì)，且為II級(jí)濕陷等級(jí)，具有較差的土體物理力學(xué)性質(zhì)。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，決定采用灰土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土地基處理。

三、灰土擠密樁的作用

（一）樁體作用

灰土擠密樁形成的復(fù)合地基中，樁體具有較大剛度。在剛性基礎(chǔ)荷載作用下極易出現(xiàn)變形，并集中作用于樁體，相比之下，樁間土所承擔(dān)的荷載略少，減小原地基土的承載負(fù)荷，進(jìn)而提升復(fù)合地基承載力，降低沉降。

（二）墊層作用

樁和樁間土之間可形成一個(gè)復(fù)合土層，通過復(fù)合地基和上部墊層的相互作用，可構(gòu)成一個(gè)雙層地基，從而同時(shí)承擔(dān)豎向荷載，實(shí)現(xiàn)分散作用力的效果。

（三）排水固結(jié)作用

相比其他材料，灰土的抗?jié)B能力強(qiáng)，當(dāng)?shù)乇硭駢|層后，在灰土墊層的作用下，可避免下部土層受水浸濕。同時(shí)，在超孔隙水壓力作用下，利用樁體，可加快地基固結(jié)沉降速度。

（四）擠密作用

灰土樁屬于擠密成孔類型，在成孔時(shí)，樁體原位土將被擠壓到側(cè)向，進(jìn)一步減小顆粒之間的孔隙，提高密實(shí)度，加強(qiáng)樁間土的擠密作用。

四、公路濕陷性黃土地基加固中灰土擠密樁的應(yīng)用要點(diǎn)

（一）地基加固設(shè)計(jì)方案

（1）確定加固類型。基于地質(zhì)勘查報(bào)告分析，本工程具有8～12m厚的濕陷性黃土，加固時(shí)可采用14m長的擠密樁，0.4m為擠密樁鉆孔直徑，以正三角形布設(shè)。

（2）確定擠密樁間距。根據(jù)長期實(shí)踐與理論研究可知，2～3D為擠密樁的擠密影響半徑（樁徑直徑由D表示），因此，可在0.8～1.2m之間控制擠密樁相鄰兩孔的間距，同時(shí)基于應(yīng)力疊加效果考慮，最終確定0.9m為擠密樁相鄰兩孔的間距。

（二）施工準(zhǔn)備

施工前，需對(duì)土料實(shí)際含水率進(jìn)行詳細(xì)檢測，一旦實(shí)際含水率大于最佳含水量±3%，則需及時(shí)調(diào)整含水率，嚴(yán)控土料含水率。石灰材料以塊徑小于5cm的新鮮生石灰為準(zhǔn)，其中含石量需控制在5%以內(nèi)。材料進(jìn)場前，做好各項(xiàng)質(zhì)量檢測工作，保證其質(zhì)量合格的情況下，才能用于施工。按照施工現(xiàn)場情況，結(jié)合施工方案特點(diǎn)，需提前配備好施工設(shè)備，保證施工連續(xù)性，同時(shí)，要提前做好試機(jī)工作，避免施工中出現(xiàn)故障，影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。

（三）定位測量

在施工前，對(duì)施工場地進(jìn)行清理和平整，以便于樁機(jī)的移機(jī)、就位。

施工前，需先清理干凈施工作業(yè)面，保證無雜質(zhì)。隨后進(jìn)行初步平整，保證滿足施工作業(yè)需求，為后期樁機(jī)移動(dòng)提供便利。同時(shí)，還要按照施工圖紙，做好定位、放樣工作。待基礎(chǔ)檢驗(yàn)合格的情況下，即可進(jìn)行樁位放樣。軸線測量與樁位放樣的精確度必須與設(shè)計(jì)要求相符。待樁機(jī)就位之后，需及時(shí)校正樁管的垂直度，保證樁尖、樁中心在同一條直線上，以此提高樁身施工垂直度的準(zhǔn)確性。

（四）樁位布置

本工程樁位布設(shè)以正三角形為主，布樁時(shí)，鉆孔直徑為0.4m，樁間距為0.9 m并將白灰灌入，用于準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行樁位編號(hào)。按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合工程實(shí)際情況，可確定14m為地基處理深度。同時(shí)要保證處理后的地基承載力必須控制在180KPa以上。

（五）沉管成孔

灰土擠密樁地基加固處理時(shí)，成孔是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，成孔質(zhì)量將對(duì)灰土樁及復(fù)合地基的承載力產(chǎn)生很大影響。成孔施工前，需按照“輕擊慢沉”的原則，待樁管方向確定之后，便能以正常速度進(jìn)行沉管施工，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，拔出樁管，形成樁孔。

成孔后，通過夯實(shí)設(shè)備將孔底夯實(shí)，夯擊次數(shù)不得低于8擊，直至達(dá)到規(guī)定要求?？變?nèi)填料前，需先夯實(shí)孔底，可采用分段施工法，按照“由里到外、從中間向兩側(cè)”的順序間隔1～2孔進(jìn)行回填夯實(shí)。隨后對(duì)樁孔直徑、深度、垂直度進(jìn)行抽樣檢查，保證在1.5%以內(nèi)控制樁孔垂直度偏差，樁孔中心點(diǎn)的偏差控制在樁距設(shè)計(jì)值5%以內(nèi)。

（六）樁孔石灰土填夯施工

填夯施工前，應(yīng)先做好填夯試驗(yàn)，準(zhǔn)確確定各層填料數(shù)量與夯擊次數(shù)。通過試驗(yàn)確定，每次回填厚度為300mm，夯擊次數(shù)在12擊以上，直至滿足設(shè)計(jì)要求，隨后夯實(shí)上一層填料，按照上述施工流程循環(huán)反復(fù)施工。最終保證灰土樁頂標(biāo)高在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高5cm以上。

（七）特殊情況處理

第一，夯擊施工過程中，樁孔內(nèi)存在滲水、涌水、積水情況，需及時(shí)將水從孔內(nèi)排出。

第二，沉管成孔時(shí)，若遇到障礙物，需采取以下方法處理。探查時(shí)，可通過洛陽鏟，隨后將障礙物挖除，也可在其上面或四周進(jìn)行樁數(shù)增加，從而提高局部處理深度，保證質(zhì)量。當(dāng)遇到未填實(shí)的坑洞時(shí)，由于其面積較小，不便挖除，需打通樁并在該范圍內(nèi)增加樁數(shù)，也可從結(jié)構(gòu)上采取一定處理方法。

第三，夯擊過程中，若遇到縮頸、堵塞、成孔難、孔壁坍塌等問題，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，合理采取處理方法。例如，含水量太大，存在嚴(yán)重縮頸問題，可將干砂、生石灰塊、碎磚碴等材料填筑于孔內(nèi)。若含水量太小，需先浸水，保證其滿足最佳含水量規(guī)定值。

五、結(jié)束語

我國濕陷性黃土具有分布面廣、厚度小等特點(diǎn)。若將公路項(xiàng)目修筑于濕陷性黃土地基之上，路基強(qiáng)度將迅速下降，甚至出現(xiàn)沉陷等情況。因此，為保證工程質(zhì)量，必須合理采用濕陷性黃土地基加固方法，灰土擠密樁是一種高效、簡便、成本低的加固技術(shù)，將其用于濕陷性黃土地基加固施工，可消除地基土的濕陷性，提高路基承載力。