高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用

任志強(qiáng)

摘要 水泥土（灰土）擠密樁是一種新型高速公路路基施工技術(shù)，可以對路基原狀土進(jìn)行橫向擠壓，消除路基濕陷性，整體工藝操作成本較低，效果較佳。因此，文章以一個(gè)高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工項(xiàng)目為例，簡單介紹了水泥土（灰土）擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用方案、流程及質(zhì)量問題預(yù)防要點(diǎn)，探究了水泥土（灰土）擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用效果，希望為水泥土（灰土）擠密樁在高速公路施工中的應(yīng)用提供一些參考。

關(guān)鍵詞 高速公路；水泥土擠密樁施工；灰土擠密樁施工

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）24-0135-04

0 引言

近幾年，各地高速公路建設(shè)里程持續(xù)延長，作業(yè)困難水平持續(xù)上升。在高速公路全線建設(shè)期間，遇到濕陷性黃土路段的風(fēng)險(xiǎn)較高。濕陷性黃土是一種欠壓實(shí)土體，并未達(dá)到飽和狀態(tài)，相對干密度較小，內(nèi)部空隙率較大，極易在荷載作用下出現(xiàn)沉降變形。水泥土（灰土）擠密樁是一種可操作性較高的濕陷性黃土處理工藝，將其應(yīng)用于高速公路黃土路基施工中，有望提高路基整體穩(wěn)定性。因此，探究高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作技術(shù)的應(yīng)用具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作項(xiàng)目一高速公路UHSG-4標(biāo)段起止樁號為K77+765.618～K100+124.274，全長22.359 km。公路設(shè)計(jì)速度120 km/h，雙向六車道。該高速公路路基寬為34.5 m，地基處理范圍超出路基排水溝外1 m。

公路沿線分布于黃土臺地區(qū)，全線濕陷段落長9.263 km，主要為原生濕陷性黃土，Ⅱ級非自重濕陷性，浸水后易沉陷，厚度不均。對于無法滿足工后沉降要求的橋頭段落，擬采用水泥土（灰土）擠密樁補(bǔ)強(qiáng)處理，分兩個(gè)階段開展，第一個(gè)階段主要處理主線橋梁橋頭、過渡段等23個(gè)工點(diǎn)，共計(jì)21.3萬延米，計(jì)劃75 d完成施工作業(yè)（忽略挖方、互通交通導(dǎo)改等客觀因素影響）；第二個(gè)階段主要處理互通挖方段過渡段等10個(gè)工點(diǎn)，共計(jì)5.3萬延米，計(jì)劃60 d完成施工作業(yè)。

2 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作方案

高速公路水泥土（灰土）擠密樁主線共計(jì)處理長度1 091.1 m，水泥土（灰土）擠密樁28 983根，長度208 577 m；互通共計(jì)處理長度972 m，水泥土（灰土）擠密樁9 028根，長60 647 m，局部工程量見表1。

水泥土（灰土）擠密樁處理劃分為橋頭段、橋頭過渡段，各段落處理參數(shù)見表2。

高速公路水泥土（灰土）擠密樁處理縱斷面、半橫斷面分別見圖1、圖2。

圖1中，1為橋頭過渡段；2為橋頭段；3為橋梁；4為路床；5為原地面整平高程；6為處理至溜坡坡腳；7為40 cm 4%水泥土墊層（或質(zhì)量比1∶4的灰土墊層）；8為水泥土（灰土）擠密樁；9為橋臺鉆孔灌注樁。

圖2中，1為路床頂；2為路床；3為邊坡坡度，1∶00；4為40 cm 4%水泥土墊層（或質(zhì)量比1∶4的灰土墊層）；5為路基中部填料；6為護(hù)坡；7為臨時(shí)排水溝；8為水泥土（灰土）擠密樁。

3 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作流程

3.1 材料設(shè)備人員準(zhǔn)備

根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)要求，準(zhǔn)備P.042.5級普通硅酸鹽水泥、粉質(zhì)黏土（有機(jī)質(zhì)含量小于5%）、Ⅲ級以上消石灰（有效氧化鈣與氧化鎂總含量超出55%，粒徑小于5 mm），并提前進(jìn)行質(zhì)量檢測，確定消石灰內(nèi)無未熟化生石灰塊粒及雜質(zhì)，粉質(zhì)黏土內(nèi)無表層耕土、瓦礫、生活垃圾或磚塊。水泥與土體積比為1∶4[1]。在土的天然含水量達(dá)到20.5%、土的天然濕密度為1.85 g/cm3、水泥密度1.12 g/cm3時(shí)，水泥計(jì)量比為18.5∶100；灰土比例為3∶7，灰土含水量在16%左右。在確定水泥土或灰土各種用料計(jì)量準(zhǔn)確情況下，利用挖掘機(jī)與裝載機(jī)配合的方式，均勻拌和，確?；旌狭贤庥^色澤均勻一致。

根據(jù)高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工要求，結(jié)合現(xiàn)場用地情況，有序組織柴油錘打樁機(jī)（DCB60-15）、強(qiáng)夯機(jī)（BWQH35）、挖掘機(jī)（PC200）、吊車（25 t）、裝載機(jī)、灑水機(jī)、發(fā)電機(jī)（50 kVA）進(jìn)入現(xiàn)場。需要注意的是，若選擇灰土擠密樁施工，應(yīng)提前準(zhǔn)備消解設(shè)備處理生石灰，如石灰粉碎消解機(jī)等[2]。

根據(jù)現(xiàn)場計(jì)劃作業(yè)工點(diǎn)，提前安排現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、安全員、技術(shù)員、電工、普工等人員進(jìn)入高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工現(xiàn)場。在上述人員入場后，陸續(xù)組織裝載機(jī)司機(jī)、汽車吊司機(jī)、打樁機(jī)操作手、打夯機(jī)操作手、挖機(jī)司機(jī)入場。

在設(shè)備人員進(jìn)場后，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇面積超出400 m2的場地開展工藝性試樁試驗(yàn)，以確定具體的水泥土（灰土）擠密樁施工參數(shù)，為大面積作業(yè)做好準(zhǔn)備[3]。試樁第一步，控制放料時(shí)間為2 s、夯擊時(shí)間為8 s，夯錘提升高度為80 cm；試樁第二步，控制放料時(shí)間為3 s，夯擊時(shí)間為9 s，夯錘提升高度為80 cm；試樁第三步，控制放料時(shí)間為3 s，夯擊時(shí)間為10 s，夯錘提升高度為80 cm。試樁操作過程中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行前后測試，包括標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度、復(fù)合地基承載力特征值、樁間土擠壓系數(shù)等，在檢測水泥土（灰土）擠密樁施工效果的同時(shí)，將水泥土（灰土）擠密樁施工前后數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，檢驗(yàn)處理地基與設(shè)計(jì)要求差距，有針對性地調(diào)整，確定正式的水泥土（灰土）擠密樁施工參數(shù)。

3.2 孔位布置

孔位布置前，清除場地表面石塊、樹根、垃圾、農(nóng)作物等地表附著物，將素土回填到低洼路段并機(jī)械碾壓至設(shè)計(jì)高程（壓實(shí)度大于85%）[4]。根據(jù)區(qū)段地基土最佳含水量要求，提前進(jìn)行增濕，確保地基土含水量超出12%。根據(jù)樁位設(shè)計(jì)圖，高速公路水泥土（灰土）擠密樁梅花形平面布置見圖3。

圖3中，1為水泥土（灰土）擠密樁，樁點(diǎn)為正三角形，樁長為施工圖設(shè)計(jì)長度，樁徑為0.5 m；d為樁間距，1.5 m和1.8 m。根據(jù)圖3，技術(shù)人員可以成排放出中樁、邊樁，并結(jié)合原有路基邊樁、坡腳樁、中樁、斷面樁位置，利用鋼尺、掛線逐一測量設(shè)計(jì)樁位，樁位與路中心維持一定距離，各個(gè)樁位均用木樁固定，或者利用電鉆鉆孔灌入白灰標(biāo)記樁位，各孔對應(yīng)樁位順次編號，確保樁位、樁量與平面分布間距均與設(shè)計(jì)要求相符。

3.3 成孔控制

根據(jù)圖3，技術(shù)人員在平整堅(jiān)實(shí)場地設(shè)置樁機(jī)（必要時(shí)鋪墊鋼板），確定樁機(jī)底盤水平。隨后技術(shù)人員可以調(diào)整樁機(jī)位置，確定樁機(jī)沉管尖端對準(zhǔn)樁位（尖端與樁位偏差小于10 mm），樁管與地面呈90°（偏差小于1.5%），擴(kuò)樁機(jī)架保持水平。確認(rèn)樁機(jī)位置無誤后，技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)長度，借助沉管擠密法隔排（或隔樁）跳打成孔，由外向內(nèi)操作，同排成孔間隔2孔，相鄰樁孔中心距離相同，控制孔距偏差≤±100 mm，孔徑與孔深均≥設(shè)計(jì)值。成孔期間，樁機(jī)維持平穩(wěn)，將帶有特制樁尖的鋼制樁管對準(zhǔn)樁位打入土層至設(shè)計(jì)深度，輕輕擊打緩慢下沉后緩慢拔出。同時(shí)技術(shù)人員應(yīng)控制拔管速度，在拔管前停頓10 s左右，確保成孔完整性。若拔管阻力較大，技術(shù)人員可以將寬5 cm、厚1.2 cm的環(huán)箍增設(shè)到樁尖、樁管連接部位，降低拔管阻力。

成孔后，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)清理孔底雜質(zhì)，利用打夯機(jī)平整密實(shí)夯擊，夯擊次數(shù)為8次及以上[5]。進(jìn)而逐一檢查孔中心垂直度、位移、深度、孔徑，確認(rèn)無誤后利用蓋板覆蓋孔口，準(zhǔn)備進(jìn)行下一道工序作業(yè)。

3.4 回填夯擊

回填前，技術(shù)人員應(yīng)記錄實(shí)測虛土厚度、實(shí)際孔深與設(shè)計(jì)樁長差值，確定虛土厚度小于500 mm時(shí)，利用直徑小于樁孔直徑9～12 cm的100 kg及以上重量夯錘夯擊孔底，直到發(fā)出清脆聲響。若虛土厚度超出500 mm，則需要進(jìn)行復(fù)打處理，一般第1遍夯擊能為2 000 kN·m，第2遍夯擊能為1 000 kN·m。

確定樁孔內(nèi)無雜物、積水且底部已整平穩(wěn)固后，技術(shù)人員可準(zhǔn)備前期拌和的水泥土或灰土（拌和時(shí)間小于6 h），均勻回填至孔內(nèi)[6]?；靥詈螅⒓磳⒑粰C(jī)對準(zhǔn)樁孔中心，借助夯錘自由下落由外向內(nèi)間隔進(jìn)行夯實(shí)，最大夯擊能設(shè)定為2 000 kN·m，落錘與土體頂面高差超出200 cm，夯錘提升高度超出60 cm，夾桿錘與土體頂面高差超出60 cm，錘地面靜壓力超出20 kPa，每鍬土夯擊次數(shù)超出5次，樁間土擠密系數(shù)超出0.9，樁體內(nèi)平均壓實(shí)度超出93%。若夯打時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重縮頸問題，技術(shù)人員可以向孔內(nèi)填入生石灰塊或干砂、干水泥、粉煤灰、碎磚渣，降低含水量，合理控制樁的有效擠密范圍。

在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高上預(yù)先留設(shè)40 cm左右厚的覆蓋土層，待成樁檢測合格后，將預(yù)留土層挖除，重新鋪設(shè)40 cm厚水泥土拌和墊層（或質(zhì)量比1∶4的灰土墊層），水泥土質(zhì)量比為1∶25，確保樁間土天然地基承載力達(dá)標(biāo)。

水泥土（灰土）擠密樁成型后，技術(shù)人員應(yīng)加鋪塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，控制養(yǎng)護(hù)期間環(huán)境濕度均勻變化，并加強(qiáng)交通管制，持續(xù)養(yǎng)護(hù)7 d及以上。

4 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作質(zhì)量問題及預(yù)防

4.1 縮頸堵塞

土層含水量過大、工作段安排不恰當(dāng)、成孔后未及時(shí)清底等，均會(huì)引發(fā)高速公路水泥土（灰土）擠密樁縮頸堵塞問題?；诖耍环矫?，在土層含水率較高的水泥土（灰土）擠密樁施工時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)預(yù)先采取井點(diǎn)降水法，將土層含水率降低至設(shè)計(jì)限度內(nèi)，直到水泥土（灰土）擠密樁全部施工完畢且樁體凝固。對于個(gè)別無法實(shí)施井點(diǎn)降水的長樁，可以在8 m以上樁長位置借助沉管擠密成孔，8 m以下樁長位置則借助電動(dòng)洛陽鏟掏孔，減少地下水頭向孔口位置涌動(dòng)引發(fā)的堵塞縮頸現(xiàn)象。另一方面，在施工期間，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格貫徹先外排施工后內(nèi)排施工的原則，同排施工間隔1個(gè)或2個(gè)孔成樁，打一孔即清理底部雜物，并夯實(shí)、平整孔底，確定孔底水平情況下回填灰土或水泥土，回填孔后進(jìn)行下一個(gè)孔打設(shè)，避免打孔位置振動(dòng)擠壓引發(fā)相鄰樁縮頸或堵塞現(xiàn)象。

4.2 樁身疏松

高速公路水泥土（灰土）擠密樁樁身疏松問題與樁身回填夯擊不密實(shí)具有較大關(guān)系。在成孔深度與設(shè)計(jì)規(guī)定要求相符情況下，技術(shù)人員應(yīng)先夯擊孔底3錘或4錘，根據(jù)試樁要求，邊回填邊夯擊。對于個(gè)別持力層范圍內(nèi)（5～10倍樁徑深度范圍），應(yīng)適當(dāng)增加錘擊次數(shù)，每次錘擊用夯錘重量應(yīng)當(dāng)超出100 kg，且夯錘型號為梨頭錘（或棗核形錘），避免選擇平頭夯錘，以密實(shí)夯擊邊緣土，避免邊緣土疏松問題。同時(shí)在現(xiàn)場回填夯擊操作時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)注重均勻拌和回填料，嚴(yán)格控制回填料的含水量，確保每一個(gè)樁孔回填用水泥土或灰土與計(jì)算用量基本相符。

4.3 樁身斷裂

高速公路水泥土（灰土）擠密樁樁身斷裂與樁孔回填不均、夯實(shí)不密實(shí)、樁身彎曲超出規(guī)定、樁尖偏離樁縱軸線過大、樁回填夯擊期間遇大塊堅(jiān)硬障礙物等有較大關(guān)系。因此，在均勻回填水泥土或灰土拌和料的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)高速公路水泥土（灰土）擠密樁設(shè)計(jì)方案以及試樁參數(shù)，結(jié)合樁體壓實(shí)系數(shù)超出0.93、樁間土擠密系數(shù)超出0.97，進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁回填夯擊參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)偏差，及時(shí)調(diào)整并清除障礙物，確定樁體夯擊質(zhì)量達(dá)標(biāo)。期間，技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)樁總數(shù)0.5%的標(biāo)準(zhǔn)，抽樣觀測樁身彎曲度以及樁位與樁縱軸線偏差，及時(shí)調(diào)整，確保樁彎曲度偏差小于1.5%，樁位與樁縱軸線偏差小于0.25d（d為樁徑）。

5 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用效果

在水泥土（灰土）擠密樁間填料養(yǎng)護(hù)作業(yè)進(jìn)入尾聲時(shí)，依據(jù)總孔數(shù)1%（≥9孔）的標(biāo)準(zhǔn)，開展填料壓實(shí)質(zhì)量檢測[7]。填料壓實(shí)質(zhì)量檢測時(shí)，需要從樁頂填料著手，取土樣進(jìn)行土層干容重檢測，將實(shí)測土樣干容重與標(biāo)準(zhǔn)干容重對比后得出結(jié)果，計(jì)算公式如下：

式中，K——壓實(shí)度；ρ——土料干容重（N/m3）；ρd——土料最大干容重（N/m3）。將檢測結(jié)果代入公式后，檢測結(jié)果見表3。同時(shí)，依據(jù)總樁孔0.3%（大于等于3孔）的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行樁間土擠密效果檢測，檢測結(jié)果見表3。樁間土擠密效果檢測時(shí)需要從樁頂高程向下0.5 m開始，依據(jù)每1 m取2個(gè)土樣的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行土層干密度檢測，其中一個(gè)土樣位于樁孔外100 mm位置，另外一個(gè)土樣取自相鄰水泥土（灰土）擠密樁中心點(diǎn)。根據(jù)所取土樣干密度測定結(jié)果，計(jì)算全處理厚度內(nèi)樁間土平均擠密系數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中，——樁間土的擠密系數(shù)；——樁間土的平均干密度（t/m3）；——樁間土的最大干密度（t/m3）。將檢測結(jié)果代入公式后，得出結(jié)果見表3。

成樁后14～28 d之間，依據(jù)總樁數(shù)的0.2～0.5%（≥3處）的標(biāo)準(zhǔn)，檢測復(fù)合地基承載力特征值，得出結(jié)果見表3。

由表3可知，高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 總結(jié)

綜上所述，水泥土（灰土）擠密樁主要是借助打樁機(jī)重錘錘擊鋼管成孔的方式橫向擠壓路基原狀土，以消除路基原狀土濕陷性。再向孔內(nèi)加入水泥土或石灰土，逐層夯實(shí)，打造承載力較高的復(fù)合地基。因此，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)高速公路路基特性，恰當(dāng)應(yīng)用石灰回填擠密成樁或水泥回填擠密成樁技術(shù)，并著重控制原材料配比、孔位布設(shè)、分層回填夯擊等環(huán)節(jié)，確保水泥土（灰土）擠密樁在高速公路濕陷性黃土路基處理中的有效應(yīng)用。

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