無砂混凝土小樁處理軟土和黃土高填方路基的對比解析

摘 要：濕陷性黃土地區(qū)高填方路基在實(shí)際施工中面臨著諸多問題，為了能夠提高路基的整體施工質(zhì)量，需要采用更加先進(jìn)的方法和對策加強(qiáng)濕陷性黃土控制。無砂混凝土小樁處理技術(shù)通過成孔與注漿技術(shù)，可以有效加強(qiáng)黃土地基的預(yù)濕、預(yù)壓處理，并在路基當(dāng)中預(yù)加荷載，提高黃土的初始應(yīng)力。基于此，本文首先探究黃土結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而對無砂混凝土小莊技術(shù)進(jìn)行，提出該項技術(shù)在處理濕陷性黃土高填方路基中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無砂混凝土小樁技術(shù)；濕陷性黃土；高填方；路基；應(yīng)用

中圖分類號：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0199-02

引 言

我國地大物博、地質(zhì)形態(tài)豐富，隨著我國公路事業(yè)不斷發(fā)展，當(dāng)今新建公路工程數(shù)量也不斷增多。我國中西部的黃土地貌分布十分廣泛，濕陷性黃土路基荷載力較差，如果不進(jìn)行后續(xù)處理很容易造成不均勻沉降和局部塌陷，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層斷裂，嚴(yán)重影響整個公路橋梁工程的安全。傳統(tǒng)的濕陷性黃土路基處理技術(shù)適應(yīng)性不強(qiáng)，并且在實(shí)際使用當(dāng)中無法更好的控制濕陷性黃土。這就需要提出一種處理濕陷性黃土路基更好的技術(shù)，無砂混凝土小樁技術(shù)也因此而生，并逐漸發(fā)展成一種主流路基處理技術(shù)。

1 黃土結(jié)構(gòu)特征以及力學(xué)性質(zhì)

通過對我國黃土骨架顆粒進(jìn)行分析總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，其大體上可以分為兩大類，即粒狀和凝塊狀；黃土骨架連接形式也分為兩種，即點(diǎn)接觸和面膠結(jié)。因?yàn)檫@些形態(tài)的影響，從而構(gòu)成了我國獨(dú)特的黃土空隙結(jié)構(gòu)，其主要表現(xiàn)在：

（1）大孔隙。大孔隙主要是植物根孔和蟲孔兩種，通常占據(jù)總空隙體積的6～8%，大孔隙可以劃分為次生和原生兩種形式。原生孔隙結(jié)果較為稀松，是一種非穩(wěn)定單元；次生空隙也稱之為碳酸鈣膠結(jié)成筒壁狀，是一種水穩(wěn)定單元。整體上大孔隙主要是因?yàn)榇紊€(wěn)性孔隙構(gòu)成，這不是造成黃土濕陷性的主要因素。

（2）架空孔隙。架空孔隙主要是因?yàn)橐欢康墓羌茴w粒過于松散而造成的堆積孔隙，孔徑相比構(gòu)成空隙的顆粒更大，如果連續(xù)降雨會降低其連接強(qiáng)度，在一定壓力下就會喪失穩(wěn)定性，孔隙周圍的土顆粒也會隨之進(jìn)入到孔隙當(dāng)中，從而出現(xiàn)了濕陷性特點(diǎn)。

（3）粒間孔隙。粒間孔隙的物理大小相比周圍顆粒更小一些，可以填補(bǔ)孔隙和裂縫，表現(xiàn)較為穩(wěn)定，通常不會產(chǎn)生濕陷性問題。

（4）細(xì)孔隙。細(xì)孔隙主要是吸附水膜所占膠體顆粒之間的孔隙，此類孔隙具有非常弱的收縮性。

從本質(zhì)上來說，黃土抗剪強(qiáng)度相比土顆粒、礦物質(zhì)成分、粘粒、可溶鹽、土體自身含水量、土體密實(shí)度有著直接關(guān)系?？梢詫ⅫS土內(nèi)聚力分為加固內(nèi)聚力、原始內(nèi)聚力，其中，原始內(nèi)聚力是由顆粒間電分子造成的，主要大小決定于土體顆粒構(gòu)成、擴(kuò)散層離子成分、擴(kuò)物質(zhì)成分、土體密度；加固內(nèi)聚力主要是因?yàn)榛瘜W(xué)膠結(jié)作用形成的，形成天然含水量較低的黃土，由于其內(nèi)部存在著架空結(jié)構(gòu)，所以缺乏緊密性，原始內(nèi)聚力相對較小，加固內(nèi)聚力較大，受到水體侵蝕之后會產(chǎn)生膠溶作用，從而降低了加固內(nèi)聚力，甚至喪失內(nèi)聚力，極大的降低了土體強(qiáng)度，從而引發(fā)濕陷問題。

2 無砂混凝土小樁技術(shù)

無砂混凝土小樁技術(shù)在長期發(fā)展中也在不斷優(yōu)化，傳統(tǒng)的無砂混凝土小樁技術(shù)具有強(qiáng)配筋要求，配筋率要在1%以上，成本投入相對較高、施工周期長。而投石壓漿無砂混凝土小樁技術(shù)的出現(xiàn)解決了此類問題。同時還可以避免壓力注漿樁施工中注漿壓力大、樁徑大等問題。在實(shí)際使用當(dāng)中具備可靠性好、設(shè)備簡單、施工便捷等特點(diǎn)，采用小型機(jī)具配套設(shè)施即可施工，現(xiàn)場適應(yīng)性非常強(qiáng)，并且實(shí)施過程中沒有噪音、沒有振動、對環(huán)境影響小，可以明顯縮短施工周期，造價較為低廉。

投石壓漿無砂混凝土小樁技術(shù)實(shí)際上就是小直徑壓力注漿樁，直徑大約在150～450mm之間，結(jié)合路基黃土的實(shí)際情況與成樁設(shè)備因素，實(shí)際施工中的注漿樁直徑在200～350mm之間，長涇比控制在30～60范圍內(nèi)即可，主要采用剛性樁。該項技術(shù)在粘土、淤泥土、粉土、砂土、黃土中皆有很強(qiáng)適應(yīng)性，不僅能夠在水位上進(jìn)行成孔作業(yè)，還可以在有地下水的情況下成孔成樁。如果是粒徑較大的卵石層、深厚淤泥層，需要采用現(xiàn)場成孔、成樁，并通過荷載試驗(yàn)確保其適應(yīng)性。對于濕陷性黃土來說，要重點(diǎn)研究現(xiàn)場成孔工藝、壓力灌漿技術(shù)效果，通過試驗(yàn)的方法確保施工現(xiàn)場的適應(yīng)性。

無砂混凝土小樁處理技術(shù)的施工流程為：結(jié)合樁徑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采用工程鉆機(jī)或人工成孔到預(yù)定深度部位，之后再插入鋼質(zhì)注漿管（不拔出），之后向樁孔內(nèi)投放一定碎石一直到孔口，待到封孔完畢之后通過注漿管向孔內(nèi)進(jìn)行注漿，從而完成施工。

3 無砂混凝土小樁處理技術(shù)在濕陷性黃土高填方路基處理中的應(yīng)用

通常情況下，高速公路路基寬度會達(dá)到30～40m之間，因此可以采用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工，高填方地區(qū)通常需要在自然地面上鋪設(shè)一層30～50cm的碎石，之后采用分層鋪土碾壓方法。對于非飽和黃土地基，高填方路基碾壓施工必須要保證地基土壤的緊密性，但所采用的雨水滲透可能會造成黃土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，后期變形問題十分嚴(yán)重。

無砂混凝土小樁處理技術(shù)表現(xiàn)為：成孔→插管投石→封孔注漿。在插管投石以及壓力注漿過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：①在壓力作用下，漿液會逐漸下滲將孔隙中液體排出，提高凝結(jié)性；②在臨近樁孔壓入漿液時，水泥漿會持續(xù)置換土體中的空氣，讓樁體變得更加密實(shí)，在無砂混凝土小樁及其周邊形成復(fù)合性黃土，也就共同組成了符合性地基，讓高填方黃土路基豎向承載力、壓縮模量都能夠有所提高；③在壓力注漿時實(shí)則就是預(yù)浸水過程，待到高填方土體荷載大于黃土最初應(yīng)力時，則浸水過程就能夠充分發(fā)展?jié)裣菪宰冃?，也就是提前讓黃土變形，降低后續(xù)處理的濕陷性，提高濕陷性起始應(yīng)力，能夠讓黃土結(jié)構(gòu)的濕陷性特點(diǎn)得到改善，從而確保土地內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 工程實(shí)例與對比分析

某高速公路工程要穿越濕陷性黃土地帶，橋梁位于V型溝中，溝深12m，兩岸皆是農(nóng)田，溝心基巖有裸露，路線以30m板梁橋跨越該溝，橋中心最高可達(dá)到25m。本地區(qū)土壤最大凍結(jié)深度為0.2m。通過鉆探可知，地表層主要是黃土狀亞粘土分布，深度為3～15m，黃土、棕色土分布不均，濕陷性嚴(yán)重。

根據(jù)該地區(qū)的路基特性，工程師決定采用無砂混凝土小樁處理方法，樁徑為150mm，樁長設(shè)計為22m，處理的路段寬度為30m，布樁方案為1.5×1.5m，每米石料用量為講0.019m3，每米水泥用量為25kg。

本工程開始施工時，對采用無砂混凝土小樁處理橋梁的少臺和沒有處理的鄭臺進(jìn)行對照分析，研究已經(jīng)處理和未處理路基的變形規(guī)律，通過對兩孔處沉降情況可以發(fā)現(xiàn)，采用無砂混凝土小樁處理技術(shù)的沉降系數(shù)有明顯降低，并且所采用的無砂混凝土小樁處理鄭臺路基變形十分明顯，是采用無砂混凝土小樁處理技術(shù)的4倍以上。由此可見，無砂混凝土小樁處理技術(shù)在濕陷性黃土路基處理中的適應(yīng)性。

5 結(jié)束語

綜上所述，針對濕陷性黃土高填方路基，傳統(tǒng)的路基處理技術(shù)無法滿足工程的質(zhì)量要求。而采用無砂混凝土小樁處理技術(shù)能夠有效提高黃土路基的變形能力，可以降低、避免后期降水造成的濕陷變形。這就需要全面加強(qiáng)對無砂混凝土小樁處理技術(shù)的研究，掌握該項技術(shù)的施工順序和方法，并做好變形觀測、安全檢查等工作，這樣才能夠全面發(fā)揮無砂混凝土小樁處理技術(shù)的效益，提高高速公路工程的整體質(zhì)量。

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收稿日期：2018-9-8