淺談路基打樁對(duì)環(huán)境的影響及預(yù)防措施

張旭東

（內(nèi)蒙古公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

1 引言

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，地基處理應(yīng)選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級(jí)、類別后，通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個(gè)最合適的地基處理方法，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。所采用的有墊層法、強(qiáng)夯法、灰土樁擠密法、深層攪拌樁法、振沖碎石樁法等，但最常用的是強(qiáng)夯法，重夯法的夯錘質(zhì)量一般為2～3 t，落距一般為4～6 m，錘底靜壓力值不小于20 kPa；錘底直徑一般為1.2～1.4 m，地基土宜為最佳含水量。夯擊2～3遍，累計(jì)夯擊10～15次，對(duì)大面積基坑條形基槽及路基基底，可采用一夯挨一夯進(jìn)行夯擊。對(duì)小面積的獨(dú)立基坑，可采用跳夯法夯擊，在同一夯位可連續(xù)夯擊2～3次。地基進(jìn)行重夯施工，在同一夯位，最后兩擊的平均夯沉量宜為1～2 cm。文章重點(diǎn)介紹了打（沉）樁對(duì)周圍環(huán)境的影響及預(yù)防措施。

2 沖擊壓實(shí)法

沖擊壓實(shí)是利用多邊形（三邊或五邊形）壓實(shí)輪廓非圓曲線滾動(dòng)時(shí)對(duì)地表施以揉壓→碾壓→沖擊的綜合作用，使土體從上部至下部深層隨著壓力波的傳遞得到密實(shí)。沖擊壓力機(jī)在壓實(shí)作業(yè)中，突破了傳統(tǒng)的碾壓方式，當(dāng)其一角立于地面向前碾壓時(shí)，產(chǎn)生巨大的沖擊波。碾邊順序沖擊地面，使土體碾壓均勻密實(shí)。沖擊壓實(shí)機(jī)能以每秒沖擊壓實(shí)地面兩次的低波率高振幅沖擊壓實(shí)土體，并周期性沖擊地面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波向地下深層傳播，能顯著提高深層土體的密實(shí)度，增加分層壓實(shí)厚度和壓實(shí)影響深度。

3 沖擊壓實(shí)的施工要點(diǎn)

沖擊壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用于濕陷性黃土地基淺層處理加固時(shí)，對(duì)于25 kJ三遍型沖擊壓實(shí)機(jī)，沖碾40～50遍為宜，其施工質(zhì)量控制以沖擊壓實(shí)機(jī)碾壓遍數(shù)為主，相應(yīng)檢查量測(cè)地面下沉量及沖壓前后0～120 cm深度內(nèi)分層壓實(shí)度和濕陷系數(shù)（也可按壓實(shí)度與濕陷系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系用壓實(shí)度測(cè)算）。設(shè)計(jì)加固分為內(nèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：濕陷系數(shù)小于0.015，壓實(shí)度0～30cm深度應(yīng)達(dá)95%以上，30～80cm的深度應(yīng)達(dá)90%以上。

沖擊碾壓應(yīng)在場(chǎng)地清理、清表完成后進(jìn)行。當(dāng)土體干燥時(shí)，應(yīng)提前灌水增濕，使土體含水量達(dá)到最佳含水量附近；當(dāng)土體含水量較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)晾曬，也可在地表鋪設(shè)一層10～15 cm厚的天然砂礫。對(duì)于高壓縮性的濕陷性黃土地基，僅通過(guò)表層沖擊加固往往不能滿足剩余沉降要求，此時(shí)應(yīng)考慮與其他處理方法配合使用或改用其他方法。

為防止地表不平整而影響沖壓的最佳速度，沖擊碾壓施工應(yīng)配備平地機(jī)，每沖壓3～4遍，地表起伏較大時(shí)，即進(jìn)行整平，然后再接著沖壓施工直至沖壓施工完成。沖壓施工完成后應(yīng)用鋼輪壓路機(jī)碾壓，且達(dá)到路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

距離橋涵結(jié)構(gòu)物5 m處，或暗涵頂填土厚度小于3 m時(shí)，禁止用沖擊式壓實(shí)機(jī)械碾壓，以免造成對(duì)結(jié)構(gòu)物的損壞。

沖擊壓實(shí)大面積開工前，應(yīng)選擇典型路段，采用多種壓實(shí)遍數(shù)進(jìn)行試壓，以確定經(jīng)濟(jì)合理的施工參數(shù)。

工程實(shí)例：河北某高速公路路基底層濕陷性黃土地基采用25 kJ三邊形沖擊壓路機(jī)在地表面沖碾40遍后，地表下110 cm內(nèi)土基平均壓實(shí)度達(dá)到K=91%，即原來(lái)黃土的干密度pd=1.35 g/cm3提高到1.70 g/cm3，其濕陷系數(shù)由0.043 8降為0.002 2，消除了濕陷性。地表下土基1 m內(nèi)平均彈性模量達(dá)到80 MPa以上，其技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)完全符合黃土地基加固的質(zhì)量要求。甘肅、寧夏、山西等濕陷性黃土地基采用沖擊碾壓進(jìn)行處理，也取得同樣加固效果。

4 對(duì)環(huán)境影響

打（沉）樁由于巨大體積的樁體在沖擊作用下于短時(shí)間內(nèi)沉入土中，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來(lái)以下危害：

（1）擠土。由于樁體入土后擠壓周圍土層造成的。

（2）振動(dòng)。打樁過(guò)程中在樁錘沖擊下，樁體產(chǎn)生振動(dòng)，使振動(dòng)波向四周傳播，會(huì)給周圍的設(shè)施造成危害。

（3）超靜水壓力。土壤中含的水分在樁體擠壓下產(chǎn)生很高的壓力，高壓力的水向四周滲透時(shí)亦會(huì)給周圍設(shè)施帶來(lái)危害。

（4）噪聲。樁錘對(duì)樁體沖擊產(chǎn)生的噪聲達(dá)到一定分貝時(shí)，亦會(huì)對(duì)周圍人民的生活和工作帶來(lái)不利影響。

5 預(yù)防措施

為避免和減輕上述打樁產(chǎn)生的危害，根據(jù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，可采取下述措施：

（1）限速。即控制單位時(shí)間（如1 d）打樁的數(shù)量，可避免產(chǎn)生嚴(yán)重的擠土和超靜水壓力。

（2）正確確定打樁順序。一般在打樁的推進(jìn)方向擠土較嚴(yán)重，為此，宜背向保護(hù)對(duì)象向前推進(jìn)打設(shè)。

（3）挖應(yīng)力釋放溝（或防振溝）。在打樁區(qū)與被保護(hù)對(duì)象之間挖溝（深2 m左右），此溝可隔斷淺層內(nèi)的振動(dòng)波，對(duì)防振有益。如在溝底再鉆孔排土，則可減輕擠土影響和超靜水壓力。

（4）埋設(shè)塑料排水板或袋裝砂井?？扇藶樵斐韶Q向排水通道，易于排除高壓力的地下水，使土中水壓力降低。

6 其他加固方法

6.1 氨化法

作為低層建筑物地基的黃土地基所承受的荷載不大，一般無(wú)需提高地基的承載力，但濕陷性對(duì)建筑仍有較大的威脅。在這種情況下可用很便宜的氨化法處理，這種方法可以明顯地降低黃土的濕陷性。

氨化法的實(shí)質(zhì)即在不大的壓力下（25 kPa），通過(guò)打入土中的注漿管或鉆孔向濕陷性黃土層中注入一定量的氨氣。氨氣被黃土顆粒的薄膜水吸收與其表面的Ca2+反應(yīng)發(fā)生交換反映：

6.2 爐渣灰漿加固法

原理：將爐渣石灰漿或爐渣石灰土漿由泥漿泵經(jīng)螺旋灌注器注入鉆孔中，漿液凝固后形成直徑40～60 cm的柱子。這種爐渣石灰凝固體或爐渣石灰土漿凝固體均有較高的力學(xué)強(qiáng)度，抗凍性和耐腐蝕性。它們的下端設(shè)置在非濕陷性黃土中，因此可將荷載傳遞給非濕陷性土層，即起到基礎(chǔ)的作用。

6.3 膨脹法

生石灰樁膨脹法是利用生石灰吸收樁周土中的水分發(fā)生消化反應(yīng)時(shí)，生石灰吸水后固結(jié)崩解，孔隙體積和顆粒的表面積增大，表面附著物增多，固顆粒體積也增大，在成樁過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)大的膨脹力，擠壓樁周土體，擠密樁間土，從而有效地消除大厚度黃土的濕陷性，提高土的壓縮性和壓縮模量。一般情況下1 kg生石灰水化時(shí)吸收的水分為0.8～0.9 kg，其中0.312 kg被水化反應(yīng)吸收，其他部分被蒸發(fā)。同時(shí)1kg生石灰水化時(shí)放出4 907 kJ熱量，這種熱量可提高地基土的溫度，使土產(chǎn)生一定的氣化脫水現(xiàn)象。生石灰吸水使地基中含水量下降，孔隙比減小，樁間土抗剪強(qiáng)度提高。

實(shí)際工程中，若采用10%的置換率進(jìn)行地基處理，樁間土的平均失水量為8%～9%；在樁體置換率為9%、樁間距為3 d的軟基上實(shí)測(cè)的失水量約5%。5%～9%含水量的降低值，可使土的承載力得到15%～20%的增長(zhǎng)，大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在100 kPa的圍壓下，生石灰消化后樁體體積的脹發(fā)量為1.1～1.5倍。相當(dāng)于樁徑脹發(fā)量的1.1～1.2倍。

隨著樁體的吸水脹發(fā)，樁周邊土層得以擠密壓實(shí)。

7 結(jié)論

濕陷性黃土地基的處理在公路工程建設(shè)中很常見，由于濕陷性黃土的組成較為特殊，導(dǎo)致它的性質(zhì)不同于一般黃土；所以處理濕陷性黃土地基的處理在公路工程中顯得尤為重要。上述幾種常見濕陷性黃土地基的處理方法，近年來(lái)在公路建設(shè)中被廣泛使用，都取得了良好的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)新型材料的研究使用，對(duì)濕陷性黃土地基的處理方法越來(lái)越多，也有了一定的施工經(jīng)驗(yàn)。