灰土擠密樁在公路濕陷性黃土路基施工中的應(yīng)用研究

李 建 王亞楠

（駐馬店市天中誠(chéng)達(dá)工程測(cè)試有限公司，河南 駐馬店 463000）

我國(guó)地域遼闊，黃土分布甚廣，作為一種特殊土，黃土因其特殊的成分與性質(zhì)，在工程行業(yè)占有特殊地位。結(jié)構(gòu)性強(qiáng)是黃土最突出的特性，當(dāng)遇水之后，黃土結(jié)構(gòu)將迅速被破壞，將產(chǎn)生明顯的附加沉降，伴隨沉降的不斷加劇路基強(qiáng)度也會(huì)大幅下降。因此，在濕陷性黃土地區(qū)修建公路工程時(shí)往往會(huì)發(fā)生大量病害。灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處治中的應(yīng)用，可進(jìn)一步提高路基土方強(qiáng)度，改善或消除土的濕陷性。

1 濕陷性黃土的特性分析

作為一種特殊土，在一定外部荷載作用下，濕陷性黃土的含水率增加到一定值后，極易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，這就被稱為濕陷。從力學(xué)性質(zhì)角度來講，濕陷性黃土的特殊性主要體現(xiàn)在3點(diǎn)，具體如下：

1）結(jié)構(gòu)性。濕陷性黃土屬于一種結(jié)構(gòu)性土，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較為顯著，在一定條件下，可避免破壞土的原始單元結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)沒有破壞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，或未出現(xiàn)軟化，往往會(huì)呈現(xiàn)出壓縮性低、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，若一旦破壞其結(jié)構(gòu)性，其力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生巨大變化，顯現(xiàn)出軟化、濕陷性特點(diǎn)。

2）欠壓密性。因地質(zhì)條件的特殊性，在長(zhǎng)期沉積環(huán)節(jié)，相比加固內(nèi)聚力強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率，濕陷性黃土的上覆壓力增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)在其以下，根本無法克服加固內(nèi)聚力產(chǎn)生的作用，導(dǎo)致無法有效壓密，從而始終處于一種欠壓密狀態(tài)。

3）濕陷性。由于黃土自身特點(diǎn)，加之外在作用力、水等因素影響下，濕陷性黃土的濕陷變形問題極為嚴(yán)重。基于濕陷性黃土的特殊性，要求在施工前，必須做好地基處理工作。

2 工程概況

某公路工程沿線多為黃土層，厚度大，呈中等－強(qiáng)濕陷特點(diǎn)，5～10m為濕陷層厚度范圍。為了消除濕陷性，有效提升路基穩(wěn)定性和地基承載能力，經(jīng)多方商議，最終決定采用灰土擠密樁處理本路段濕陷性黃土問題，希望能夠通過灰土擠密樁施工，消除黃土濕陷性，達(dá)到理想的處理效果。

3 灰土擠密樁作用機(jī)理

19世紀(jì)30年俄羅斯首次使用素土樁法消除黃土濕陷性，主要采用樁體擠密原理，通過研究與改進(jìn)逐步演變成灰土擠密樁。此項(xiàng)技術(shù)是從上世紀(jì)60年代開始在軟基加固中應(yīng)用。灰土擠密樁是指在成孔過程中，通過橫向擠壓周圍土層，促使樁孔內(nèi)土向周圍擠壓，從而增強(qiáng)樁間土的密實(shí)性，隨后向樁孔內(nèi)裝入備好的灰土，并一層一層振搗壓實(shí)，直到滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高，并由此形成復(fù)合地基，全面提升地基承載力。灰土擠密樁的作用主要如下：

1）樁體作用?；彝翑D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。

2）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。

3）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。

4）擠密作用?；彝翗秾儆跀D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。

4 灰土擠密樁在濕陷性黃土路基施工技術(shù)要點(diǎn)

1）施工準(zhǔn)備。施工前期，需做好清表和土方開挖工作，要求開挖至灰土樁設(shè)計(jì)頂標(biāo)高處，現(xiàn)場(chǎng)做“三通一平”、根據(jù)基礎(chǔ)平面圖進(jìn)行軸線、樁位測(cè)量與設(shè)置。為了保證后期大面積施工質(zhì)量，可先選取具有代表性的路段作為試驗(yàn)段，從而確定各項(xiàng)施工參數(shù)，比如填料分層厚度、夯擊次數(shù)、灰土拌和量等等。待試驗(yàn)段檢驗(yàn)合格后，才能進(jìn)行大面積施工。

2）材料選擇。（1）石灰。石灰是灰土擠密樁施工工藝的主要材料，可采取新鮮的生石灰，保證石灰內(nèi)活性CaO+MgO含量在55%以上，粒徑不大于5mm，含石量小于或等于5%。（2）土料。按照設(shè)計(jì)規(guī)定，合理選擇土料。要求采用塑性指數(shù)4以上的粉土，其有機(jī)質(zhì)含量不得超過5%，嚴(yán)禁使用粗粒土、膨脹土等。

3）測(cè)量放樣與樁位布設(shè)。按照設(shè)計(jì)要求，將路基邊樁、中樁等位置測(cè)定出來，并確定各樁位和路中心的間距，并布設(shè)路線控制樁。布樁時(shí)，要求采用正三角形，鉆孔深度控制在30～40cm，φ2.5cm，并灌入白灰標(biāo)注及編寫樁位號(hào)。

4）成孔。在灰土樁夯實(shí)加固地基當(dāng)中，成孔至關(guān)重要，成孔直接的優(yōu)劣，對(duì)夯實(shí)效果和地基承載能力影響很大。按照成孔是否取土劃分，可將其分為2大類，第一，排土法成孔，又包括2類，即人工法成孔，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔。第二，擠土法成孔，又包括三類，即錘擊沉管法、振動(dòng)沉管法及沖擊成孔法。其中適用性最強(qiáng)的為沖擊成孔法，基本上不受地下水等因素制約。按照施工要求，灰土擠密樁施工中，可按照“外—內(nèi)”的順序進(jìn)行設(shè)置，為了避免振動(dòng)擠壓過程中，相鄰孔會(huì)出現(xiàn)縮孔、塌孔等問題，同一排當(dāng)中可間隔1～2孔布設(shè)。在整個(gè)成孔施工中，要做到以下幾點(diǎn)：

第一，鉆進(jìn)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)之后，可按照樁長(zhǎng)進(jìn)行鉆塔、鉆桿安裝，嚴(yán)控鉆具長(zhǎng)度，避免因長(zhǎng)度不合適，影響鉆孔垂直度。

第二，鉆機(jī)定位后，可先做相關(guān)檢查，鉆尖和土樁點(diǎn)之間的誤差要嚴(yán)控在10mm以內(nèi)。與地面接觸后，要放慢下鉆速度，特別是遇到地表硬層、凍土層時(shí)，應(yīng)先通過風(fēng)鎬等將硬層、凍土層鑿破后，再進(jìn)行鉆進(jìn)施工。

第三，鉆至設(shè)計(jì)孔深，需做好各項(xiàng)檢查工作。比如，鉆孔深度是否達(dá)到要求，是否存在虛土等等。

5）夯實(shí)成樁。采用100～300kg夯錘進(jìn)行夯實(shí)成樁。在夯實(shí)過程中，主要施工流程為先連續(xù)對(duì)孔底處進(jìn)行8次夯擊，待保證地基土密實(shí)度滿足要求后，按照“一填三夯”的原則進(jìn)行填筑施工，成樁之后，便可通過振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，并進(jìn)行灰土墊層填筑。

5 結(jié)束語

綜上所述，世界上黃土分布廣泛，在地球大陸總面積中占比高達(dá)2.5%。中國(guó)地域遼闊，黃土分布面積約54萬km2，在我國(guó)總面積中占6%。我國(guó)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(jiǎn)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。