鐵路工程濕陷性黃土路基水泥土擠密樁處理技術研究

李健

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，陜西西安 710000）

0 引言

大部分濕陷性黃土厚度較大，天然承載能力較差，因此，在鐵路工程施工中，若遇到濕陷性黃土路基，就要徹底消除黃土的濕陷性，以滿足路基施工后沉降，這就要對濕陷性黃土路基進行較大厚度處理，故其施工難度較大。為解決以上問題，常采用水泥土擠密樁處理技術來加固濕陷性黃土路基?；诖?，本文就鐵路工程濕陷性黃土路基水泥土擠密樁處理技術展開探討，以供參考。

1 濕陷性黃土路基的破壞機理

在濕陷性黃土路基路段中，土層分布差異化嚴重，不統(tǒng)一、不均勻；濕陷性黃土路段的路基填筑高度存在較大的差異性，在受到車輛荷載的反復作用下，該路段路基會出現(xiàn)不同的沉陷量，因濕陷性黃土路基的抗剪能力較差，當出現(xiàn)嚴重不一致的沉陷量時，路基易出現(xiàn)斷裂[1]。對于一些軟基路段，通過采用膠結(jié)、強夯、擠密、換填等方法處理后，可降低土層結(jié)構中的孔隙率，提高土體的密度，以及路基的抗壓縮能力與承載能力，在這種情況下，未經(jīng)處理的路基與經(jīng)過處理的路基的銜接位置處就會產(chǎn)生較大的沉陷差，進而導致路基發(fā)生斷裂。

2 濕陷性黃土路基處理方法的研究現(xiàn)狀

在最近幾年中，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，專家與學者越來越關注并研究對濕陷性黃土路基的處理，現(xiàn)已研發(fā)出多種不同的濕陷性黃土路基處理方法，旨在消除土體的濕陷性，降低濕陷性黃土的壓縮性與滲水性，改善土質(zhì)。在濕陷性黃土層的類別、濕陷性等級、厚度確定后，需根據(jù)結(jié)構物的材料來源、施工條件、工程性質(zhì)等，制訂具有針對性的措施與方法來處理路基，使其滿足施工要求。對于濕陷性黃土路基，現(xiàn)已出現(xiàn)多種處理方法[2]。在實際施工中，應根據(jù)結(jié)構物的施工要求、路基濕陷等級、施工條件、處理厚度等，選用適宜的處理方法。

3 水泥土擠密樁處理技術的加固原理

水泥土擠密樁處理技術的加固原理，就是利用樁間土側(cè)向擠壓作用、樁身置換作用來實現(xiàn)對土體的加固，在路基中進行柴油錘錘擊沉管成孔，將水泥土夯入孔中，通過借用成樁過程中的擠密作用與水泥土擠密樁的高強度，提高路基的承載能力[3]。周邊黃土土體在受到沉管成孔時的側(cè)向擠壓以及夯填水泥土時側(cè)向壓力的作用下會變得更加密實，孔隙率與壓縮性降低，濕陷性消除，抗震能力加大，沉降期減小，進而加固濕陷性黃土。水泥土擠密樁處理技術的具體作用包括：

第一，提高路基結(jié)構的強度與土層的密實度，通過增加標貫擊數(shù)，可提高土層的抗液化能力。

第二，軟弱土體被相同樁體體積、密實的水泥土樁體所替代，因樁體周邊土的抗變形能力與強度遠小于水泥土擠密樁，故由水泥土擠密樁與樁間土構成的復合路基具有更大的承載能力，沉降量變小，進而提高了路基的抗破壞能力與穩(wěn)定性[4]。

4 工程概況

中衛(wèi)至蘭州鐵路（甘肅段）工程，按照雙線高速鐵路標準進行設計，設計速度為250km/h。選用正三角形方式排布水泥擠密樁，樁間距S=1.0m，行距H=0.866m，樁徑0.4m，樁長8～10m。在正式施工前，選擇200m 長度作為試驗段長度，對水泥土擠密樁進行試驗。樁位布置如圖1 所示。

圖1 樁位布置圖

工點內(nèi)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）砂質(zhì)黃土，第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）粗圓礫土，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)（K1）砂巖。工點范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，其中對工程有影響的特殊巖土主要為濕陷性黃土，第四系全新統(tǒng)沖洪積砂質(zhì)黃土具濕陷性，濕陷性土層厚26.5～35m、8.8～28.5m，屬Ⅳ 級（很嚴重）自重濕陷性場地。

5 水泥土擠密樁處理技術施工要點

在施工中，應嚴格根據(jù)施工設計方案進行施工，選用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，按照水泥∶干黃土∶水=9.9∶100∶15.8 的比例進行施工材料的混合[5]。

根據(jù)相關試驗結(jié)果，對以下一些施工參數(shù)進行確定，具體為：第一，回填30cm 混合料，進行8 次錘擊；第二，水泥最佳含水量控制在15.2%左右；第三，選用500kg 的錘子，提錘高度0.6m；第四，在水泥土中摻入10.5%的水泥。

5.1 施工機械設備的配置

施工前，需配置齊全施工機械設備，具體情況如表1 所示。

表1 施工機械設備的配置

5.2 成孔

5.2.1 成孔順序

在成孔施工中，若采用連續(xù)成孔方式，易導致相鄰孔位出現(xiàn)坍塌、變形現(xiàn)象，鑒于此，宜采用由外到內(nèi)隔排行成孔方式，同側(cè)或同排應中間間隔1～2 個孔。

5.2.2 成孔驗收

采用柴油錘錘擊鋼沉管成孔法，需提前對鋼沉管做長度控制標志，并將其作為施工中沉管深度的重要參考位置。

（1）成孔機械設備就位后，首先對其進行合理調(diào)節(jié)，使其變得更為牢固、平整，然后起吊樁管，移動機械設備，直至沉管中心線與樁點點位重合為止，利用樁管自重與錘擊力，在地層中壓入樁管[6]。

（2）樁頂剛?cè)胪習r，利用錘子沖擊土體，在沉土1～2m 后，根據(jù)預設的落距與速度，開始錘擊鋼沉管，使其達到規(guī)定深度。

（3）在成孔施工中，若樁體斜度大于1.5%，應查找樁孔傾斜的原因，是否由地質(zhì)條件造成，若與地質(zhì)條件有關，應對地質(zhì)條件進行詳細核查，若與地質(zhì)條件無關，應及時進行回填擠密，重新制作成孔。

（4）鋼沉管深度達到設計要求后，停止柴油錘工作，將鋼沉管勻速緩慢拔出，然后對孔徑、孔深進行及時測量，孔徑偏差應控制在5cm 以內(nèi)，孔深應控制在50cm 以內(nèi)。對孔洞直徑、樁位進行檢查，檢查結(jié)果滿足要求后，方可進行后續(xù)施工作業(yè)，若驗孔質(zhì)量數(shù)據(jù)大于設計規(guī)定要求，說明成孔失敗，應分層填土夯實不合格的樁孔，然后重新打孔；若成孔深度未達到設計深度要求，需繼續(xù)進行施工，直至孔深滿足設計要求為止；若成孔深度大于設計深度要求，應向孔中超深長度回填與夯實素土。

5.2.3 夯填機就位與施工

對樁孔底部進行夯實處理。在填料過程中，若回填速度偏快，則會影響回填質(zhì)量，故回填速度不宜過快，應保持勻速；每打完一個孔后，應及時對該孔進行回填處理，然后再開始打下一個孔。若土質(zhì)較差，為避免周邊樁孔因受擠壓或振動作用而坍落，或樁孔直徑變小，應根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，適當降低夯填速度。夯填機就位后，開始進行以下施工內(nèi)容：

（1）樁孔清底結(jié)束后，開始夯填水泥土；在每一次拔錘中，應充分夯實每一次回落；至少夯擊8 次，若夯擊聲音變得十分清脆，應立即停止進行夯擊；樁孔中回落尺寸厚度不得超過0.3m。

（2）選用直徑為30cm 的夯錘；施工技術人員應經(jīng)常檢測夯錘的落距，落距應控制在60cm 左右。

（3）選派專業(yè)技術人員負責樁孔填料的施工作業(yè)任務，樁孔填料要保持均衡，尤其是要嚴格控制土方的回填速度，不宜過快。

5.3 填料成樁

5.3.1 拌制填料

根據(jù)試驗室要求，合理拌制填料，根據(jù)預先確定的填料混合比例，分別對水、素土、水泥用量進行精準稱量；采用廠拌法來拌制填料，拌制的填料應保持足夠均勻，填料中的土結(jié)塊直徑應控制在2cm 以內(nèi)；填料含水率與其最佳含水率之間的偏差不得超過2%；妥善保存填料，不得被水浸泡或淋濕。

5.3.2 填料的回填與夯實

利用手推車將填料運送至樁孔前，然后向樁孔中緩慢倒入填料；選用直徑為30cm、重量為500kg 的夾桿夯錘，夯落距離確定為60cm；夯實機就位后，夯錘進入樁孔孔底時不得拖泥帶水；預夯孔底3 次，返回開始進行填料；為保證下料的均衡，在填料結(jié)束后，需立即進行夯實操作，在回填至樁頂時，也需夯擊樁頂；當?shù)叵潞粨繇懧曌兊檬智宕鄷r，應立即停止進行夯擊。在施工中，施工人員需及時測量樁孔深度、計算成樁直徑；為保證成樁質(zhì)量，施工人員需抽樣檢測各樁孔的填料質(zhì)量，并詳細記錄每日的施工情況。

6 施工質(zhì)量的檢驗

6.1 施工材料的檢驗

6.1.1 水泥

對選用的水泥進行檢驗，包括質(zhì)量、規(guī)格、品種等，檢驗其是否滿足設計要求。

若水泥為散裝，則一批以500t 為計，若不足500t，同樣視為一批；若水泥為袋裝，且為同一批號、規(guī)格、品種與生產(chǎn)產(chǎn)地，則一批以200t 為計，若少于200t，同樣視為一批；每批選取1 組進行抽樣檢驗。

對水泥的質(zhì)量證明文件進行檢查；在水泥庫中，應對水泥的凝結(jié)時間、水泥強度、水泥安定性等指標進行抽樣檢驗。

6.1.2 黃土

根據(jù)設計要求，選用合適的較純凈的擠密樁用黃土，黃土應保持干凈，同時有機質(zhì)含量≤5%。若黃土的性質(zhì)相同，并來自相同取土地點，則一批以1000m3為計，若少于1000m3，同樣視為一批。

檢驗方法：按《鐵路工程土工試驗規(guī)程》（TB 10102—2023）規(guī)定的試驗方法進行檢驗。

6.2 水泥土擠密樁的檢驗

在水泥土擠密樁施工現(xiàn)場中，檢驗樁體數(shù)量、布置方式等；根據(jù)《鐵路工程土工試驗規(guī)程》（TB 10102—2023）中的相關要求，檢查水泥土擠密樁填料比例與含水量；制備好的水泥土填料中不得存在灰條、花面等，攪拌應保持均勻，顏色要保持一致；為保證水泥土擠密樁的深度、直徑等均滿足設計要求，應嚴格根據(jù)施工圖設計方案進行施工，施工技術人員需檢驗全部的水泥土擠密樁樁孔。其中，水泥土擠密樁的施工質(zhì)量檢驗結(jié)果如表2 所示。

表2 水泥土擠密樁的施工質(zhì)量檢驗結(jié)果

6.2.1 檢驗方法

(1)水泥土擠密樁的布樁形式與數(shù)量，應滿足設計要求。采用現(xiàn)場清點、現(xiàn)場觀察法來檢驗水泥土擠密樁。采用抽樣檢測方法，抽檢數(shù)量為水泥土擠密樁總數(shù)量的3%，同時各臺班至少要檢測1 根水泥土擠密樁。選取與樁孔孔心相距2/3 位置處作為檢測點位置，進行輕型擊實試驗。

(2)檢測樁間土的處理效果，具體檢測方法為：在4孔間形心點的周邊、成孔擠密深度中，每1m 取土樣測定干密度，進行濕陷性試驗，計算濕陷系數(shù)、平均擠密系數(shù)、最小擠密系數(shù)。沿著道路縱向，每50m 檢測6 點。

7 結(jié)語

綜上所述，在鐵路工程濕陷性黃土路基施工中，水泥土擠密樁是一種重要的處理技術，通過采用水泥土擠密樁施工技術，可加固濕陷性黃土路基，提高路基的承載能力與穩(wěn)定性。本文以中衛(wèi)至蘭州鐵路（甘肅段）鐵路工程為例，對水泥土擠密樁處理技術施工要點進行詳細探討，以期對其他類似工程起到一定的參考作用。