濕陷性黃土路基病害粉噴樁處理方法

趙連平

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009）

濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土，屬于特殊土。廣泛分布于我國東北、西北、華北和華東地區(qū)。

一、濕陷性黃土路基概述

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土體，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加沉降，會對建筑物及構(gòu)筑物的建設(shè)帶來危害，引起結(jié)構(gòu)物、地基及路基的變形、沉降、折裂等問題，對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用的安全性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

1.破壞機(jī)理

濕陷性黃土形成年代較晚，外力作用小，固結(jié)不完善，因而此種土質(zhì)的孔隙大、結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度較低。修筑路基時無水的作用下，路基壓力高于自身強(qiáng)度時，促使松散土體間逐漸被填充壓實(shí)，而造成路基的沉降；若考慮水的作用下，濕陷性黃土在水的作用下，瞬間就會喪失強(qiáng)度，土體潰散，導(dǎo)致路基土體顆粒的重新排列，造成路基的沉陷。

2.主要病害

濕陷性黃土引起的路基病害很多。一般有以下幾類：（1）路堤的沖蝕、下滑及沉降：主要由于黃土含水量低、不易壓實(shí)且容易產(chǎn)生較大下沉變形造成的；（2）基床遇水容易發(fā)生變形：主要是由于夯實(shí)后的土體抗變形能力差和黃土遇水容易濕陷造成的；（3）路基排水不合理引起的各種病害：主要是因?yàn)辄S土遇水強(qiáng)度驟減造成，如路基排水不合理就會引起各種災(zāi)害和事故。

二、粉噴樁處理方法

針對濕陷性黃土獨(dú)特的性質(zhì)，并保證工程質(zhì)量與安全，必須進(jìn)行相關(guān)處理，目的就是控制其濕陷性的發(fā)生，部分或全部消除其濕陷性，從而改善土的性質(zhì)，提高土的強(qiáng)度，避免或減弱濕陷現(xiàn)象。如今濕陷性黃土地基和路基處理的方法很多，具體處理方法的采用必須結(jié)合地區(qū)和具體的土質(zhì)條件。本文針對陜北地區(qū)濕陷性黃土的特點(diǎn)介紹粉噴樁處理方法。

（一）處理原理

粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，也叫加固土樁，是采用粉體狀固化劑來進(jìn)行軟基攪拌處理的方法，如今是國內(nèi)軟土處理運(yùn)用的新技術(shù)。其處理原理就是使用深層攪拌機(jī)械在基礎(chǔ)的深部將水泥、粉煤灰及漿液與濕陷性黃土進(jìn)行強(qiáng)制拌和產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，從而在原有的地基中形成了具有整體性、穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體，同時也能夠改善樁周土體條件，由樁體與樁間土體形成的復(fù)合地基能夠共同承擔(dān)外部荷載，從而起到了提高地基土體的承載力，減小土體沉降的作用。

（二）處理程序

濕陷性黃土路基處理中粉噴樁的樁徑一般選為50cm，樁長則要求穿透軟土層同時要達(dá)到持力層內(nèi)50cm。樁距的選擇與路堤的穩(wěn)定和沉降量有關(guān)，最小樁距宜選為1.1~1.2m，平面布置上樁面呈正三角形或矩形。粉噴樁一般的設(shè)計步驟如下：

1.確定單樁承載力

確定單樁豎向承載力的標(biāo)準(zhǔn)值需要通過現(xiàn)場靜載試驗(yàn)測得，也可按下列公式進(jìn)行估算，取最小值。

fcuk－水泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，KPa；

Ap－樁的截面積，m2；

η－強(qiáng)度折減系數(shù)；

qsi－樁周第i層土的側(cè)阻力特征值；

Up－樁周長，m；

l－樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；

qp－樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，KPa；

α－樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)。

2.確定置換率及樁數(shù)、設(shè)計樁長及布樁方式

（1）在基礎(chǔ)底面范圍內(nèi)，按下列公式計算樁的面積置換率m和總樁數(shù)n：

式中：fsp,k－復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，KPa；

fs,k－樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，KPa；

β－樁間土承載力折減系數(shù)；

A－為地基加固的面積，m2。

（2）確定樁長

當(dāng)?shù)鼗翆又械能浲翆硬缓駮r，要求噴粉樁將其穿透，設(shè)計的樁長則依據(jù)地基的允許變形值確定；當(dāng)?shù)鼗翆又械目梢夯翆雍穸炔淮髸r，也要求粉噴樁穿透，或按照國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行；當(dāng)?shù)鼗翆又熊浲翆虞^厚時，樁長取值則要求在15m左右。

（3）選擇布樁方式

噴粉樁一般按照正方形或等邊三角形進(jìn)行布樁，樁間距則由面積置換率計算得出。

3.確定復(fù)合地基承載力

通常根據(jù)復(fù)合地基現(xiàn)場載荷試驗(yàn)來確定復(fù)合地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值。也可按照下列公式計算：

4.計算總沉降

樁長范圍內(nèi)復(fù)合土層的壓縮量加上樁端以下持力層的壓縮量就是復(fù)合地基的最終沉降量，復(fù)合土層的壓縮量可通過復(fù)合地基進(jìn)行計算；樁端以下持力層的壓縮量則依據(jù)分層總和法計算。

通過以上的設(shè)計步驟進(jìn)行計算可得出粉噴樁是介于剛性樁和柔性樁之間的一種樁型，且能保證合理的總沉降量，同時也很經(jīng)濟(jì)，因此是濕陷性黃土路基處理的較合理及通用的方法之一。

由于濕陷性黃土特殊的性質(zhì)和破壞力，在實(shí)際的工程建設(shè)中，若不合理地控制和處理，會造成巨大的災(zāi)難和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)后果。因此，利用粉噴樁處理濕陷性黃土，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益，處理加固后的復(fù)合地基的抗壓強(qiáng)度可比天然濕陷性黃土高數(shù)十倍甚至數(shù)百倍，同時能夠大幅度減少沉降量；與其他地基處理的方法對比可看出，其具有施工方便、工期短、工后沉降小等諸多優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)然還存在著一定的技術(shù)難題，但是通過設(shè)計計算方法的完善及合理的工程質(zhì)量控制，就能夠達(dá)到更加理想的施工效果。

[1]龔曉南等.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]朱沈陽等.濕陷性黃土地區(qū)人工地基工程[M].西安：西北大學(xué)出版社，2005.