灰土擠密樁消除濕陷性黃土的方法和試驗(yàn)分析

苗承莆

（甘肅路橋工程檢測(cè)有限公司，蘭州730050）

1 工程概況

本工程位于甘肅省慶陽(yáng)環(huán)縣TY03 標(biāo)，施工標(biāo)段內(nèi)溝壑縱橫，地形地貌較為復(fù)雜，沿線特殊性巖土主要為濕陷性黃土。施工區(qū)濕陷性黃土分布廣泛，巖性主要為第四系全新統(tǒng)的沖洪積黃土狀土及第四系上更新統(tǒng)的馬蘭黃土層，空隙含量高。黃土的濕陷性等級(jí)一般為Ⅰ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性，綜合考慮地形條件，選用10%的灰土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土地基加固處理。

2 灰土擠密樁的理論分析

擠密是灰土擠密樁法處理濕陷性黃土的一項(xiàng)重要加固措施。在樁孔形成和夯實(shí)階段，土體形成壓實(shí)效應(yīng)，使原樁孔處的土體被擠到周圍土體中，并在樁周一定范圍內(nèi)壓實(shí)天然土體，導(dǎo)致地基土層的空隙率降低，密實(shí)度增加，摩擦角和干密度增加，有效改變了土體的物理力學(xué)性質(zhì)，大大提高了承載力。通過(guò)壓實(shí)加固，形成了強(qiáng)制壓實(shí)區(qū)、壓實(shí)區(qū)和壓實(shí)影響區(qū)，從而提高了樁周土的彈性模量，有效降低了路基整體的壓縮變形，灰土樁和壓實(shí)土也構(gòu)成了復(fù)合路基，可以提高路基強(qiáng)度，減小路基變形，改善黃土路基的工程特性。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

基坑開(kāi)挖→定位、放線和高程測(cè)量→打樁機(jī)就位→沉管成孔→拔管→打樁機(jī)移位→成孔檢測(cè)→打夯機(jī)就位→灰土攪拌→試驗(yàn)檢測(cè)→夯填→成樁→試樁→驗(yàn)收。

3.2 施工操作要點(diǎn)

3.2.1 材料處理

取土場(chǎng)黃土和消石灰提前委托送樣至指定試驗(yàn)室進(jìn)行原材料試驗(yàn)及土工擊實(shí)試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)得到最大干密度和最佳含水量。消石灰和黃土需要進(jìn)行均勻拌和，達(dá)到顏色一致并無(wú)花白料，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)使含水量控制在最優(yōu)含水量的±3%，現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易檢測(cè)，以“手握成團(tuán)，落地開(kāi)花”的標(biāo)準(zhǔn)鑒定含水量，拌和均勻的土樣最好不隔夜使用，雨天用塑料布遮蓋。當(dāng)取土場(chǎng)素土含水量低于12%時(shí)，應(yīng)用灑水增濕或悶料得到最優(yōu)含水量，且每次拌和的灰土量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工計(jì)劃進(jìn)行，做到隨用隨拌[1]。

3.2.2 施工放樣及布點(diǎn)設(shè)置

打樁機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按照施工放樣點(diǎn)進(jìn)行就位，樁管與樁孔對(duì)中，施工中樁架不應(yīng)發(fā)生位移或傾斜，垂直度偏差應(yīng)不大于1.5%，用吊錘檢查樁管垂直度。調(diào)整和檢查機(jī)械后開(kāi)始成孔，此時(shí)要注意樁位的偏差。在成孔過(guò)程中，根據(jù)地層軟硬情況每天定時(shí)對(duì)樁位垂直度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

施工順序：按隔排隔行跳打法進(jìn)行成孔，由外向里間隔一孔進(jìn)行，分4 次進(jìn)行成孔，成孔過(guò)程要輕擊慢沉，打至設(shè)計(jì)深度后，立即關(guān)閉油門(mén)，緩慢均速地拔除導(dǎo)管，形成樁孔；拔管過(guò)程要慢、穩(wěn)，防止導(dǎo)管將孔壁土刮落，影響孔深。樁孔直徑一般設(shè)計(jì)為0.3～0.6m, 允許偏差不超過(guò)設(shè)計(jì)值±20mm，樁長(zhǎng)允許偏差±0.5m。樁位偏差不超過(guò)設(shè)計(jì)值的0.25D（D 為樁徑）。

3.2.3 夯填成樁及注意事項(xiàng)

工序：清理樁底并夯實(shí)→灰土拌制→灰劑量試驗(yàn)檢測(cè)→虛填→整平→夯擊→成樁檢測(cè)。

施工要點(diǎn)：成孔后進(jìn)行孔深、孔徑、垂直度指標(biāo)檢測(cè)，合格后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行夯填施工。安裝好夯填機(jī)，調(diào)整和檢查好機(jī)械夯打，填灰土夯填前[2]，應(yīng)先對(duì)樁孔清底夯實(shí)，使拔錘過(guò)程中的回落得到充分夯實(shí)，夯擊次數(shù)一般不小于6 次，直到聽(tīng)到清脆聲為止，孔內(nèi)的回落厚度應(yīng)小于300mm?，F(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)應(yīng)注意：下料速度和錘擊次數(shù)要相匹配，確保壓實(shí)系數(shù)不小于0.96；灰土拌和要均勻一致，嚴(yán)格控制好含水量；必須做到均勻下料，均勻夯擊，每次填料虛土厚度不大于30cm，應(yīng)避免回填過(guò)快，夯擊次數(shù)不夠。施工過(guò)程中對(duì)每根擠密樁進(jìn)行全面過(guò)程檢測(cè)，確保每根擠密樁壓實(shí)系數(shù)大于0.96。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 嚴(yán)格控制原材料和混合料質(zhì)量

4.1.1 消石灰的優(yōu)選

石灰應(yīng)優(yōu)選等級(jí)Ⅱ以上的消石灰，使用前1～2d 消解并過(guò)篩，有效CaO 和MgO 含量不宜低于60%，顆粒最大粒徑不大于5mm，不得夾有未熟化的生石灰塊粒及其他雜質(zhì)，也不得含有過(guò)多的水分。

消石灰存放時(shí)間的延長(zhǎng)，特別是在沒(méi)有良好的保護(hù)措施情況下，消石灰中的有效鈣和氧化鎂的含量會(huì)大幅度下降，導(dǎo)致活性降低。而活性低的消石灰會(huì)直接導(dǎo)致石灰強(qiáng)度的降低。其次石灰應(yīng)得到充分消解，未充分消解的石灰如果在工程結(jié)束后遇水就會(huì)繼續(xù)消解，引起局部爆裂崩解，嚴(yán)重影響土層的強(qiáng)度和平整度。

4.1.2 土質(zhì)

土質(zhì)一般包括3 方面：（1）土的塑性指數(shù)；（2）土的顆粒大??；（3）中雜質(zhì)含量。塑性指數(shù)在15～20 的黃土，或是含有一定數(shù)量的黏性土，均可以滿足配置石灰土的需要。

4.1.3 灰劑量的衰減

石灰活性的有效成分為鈣鎂離子。當(dāng)石灰與土混合后，石灰土就會(huì)在離子交換、碳酸化、結(jié)晶等一系列作用下固化?？梢哉f(shuō)石灰土的固化過(guò)程就是石灰活性的喪失過(guò)程。采用設(shè)計(jì)灰劑量10%控制，壓實(shí)度不應(yīng)小于97%。然后再分別在密閉環(huán)境下養(yǎng)護(hù)條件下，間隔幾小時(shí)、幾天檢測(cè)灰劑量衰減情況,以乙二胺四乙酸（EDTA）消耗量表示，如表1 所示。

表1 EDTA 消耗量

隨著齡期的增長(zhǎng)，EDTA 消耗量逐漸下降，石灰土中有效鈣鎂含量也不斷減少。在前期，有效鈣鎂含量衰減較快，后期，有效鈣鎂含量衰減較慢。所以，石灰土應(yīng)隨拌隨用，盡量不要擱置時(shí)間太長(zhǎng)，避免有效鈣鎂含量衰減，后期石灰土強(qiáng)度降低。

熟石灰中的Ca2+離子在水的作用下與土壤顆粒發(fā)生絮凝反應(yīng)，減少了被土壤顆粒束縛的水膜厚度，降低了土壤的塑性，增加了土壤顆粒間的凝聚力，提高了土壤的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。這種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程主要發(fā)生在熟石灰和土壤顆粒被強(qiáng)制攪拌混合后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)；熟石灰與黏土顆粒中的活性二氧化硅-氧化鋁礦物進(jìn)一步緩慢反應(yīng)，在此過(guò)程中，它吸收熟石灰漿液中的水，形成晶體，并生成鋁酸鹽和水合硅酸鈣，這改變了黏土的結(jié)構(gòu)。

4.2 灰土擠密樁質(zhì)量檢測(cè)

4.2.1 樁間土擠密系數(shù)

樁孔夯填結(jié)束后，采用環(huán)刀對(duì)不同深度樁孔間土樣進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，樁間擠密系數(shù)符合應(yīng)設(shè)計(jì)要求。等邊三角形布樁時(shí)樁間擠密系數(shù)不宜小于0.93。檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

通過(guò)樁間擠密系數(shù)的檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明：在密集影響區(qū)，樁間壓實(shí)度高于原狀土。在成樁過(guò)程中，樁間土也受到很大的側(cè)向壓力，這種壓力也被壓實(shí)和加固，形成一個(gè)強(qiáng)制壓實(shí)區(qū)、擠密區(qū)及擠顯著提高。

表2 檢測(cè)結(jié)果

4.2.2 地基承載力和沉降量檢測(cè)

在施工結(jié)束后7d，對(duì)處理后的灰土擠密樁進(jìn)行地基承載力、沉降量等指標(biāo)檢驗(yàn)。檢測(cè)指標(biāo)如表3 所示。

表3 檢測(cè)指標(biāo)

通過(guò)地基承載力、沉降量的檢測(cè)，數(shù)據(jù)表明樁體強(qiáng)度增大，模量變高；樁體及樁間土均得到了有效加固，使黃土地基的整體承載能力增強(qiáng)。

5 結(jié)論

通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)濕陷性黃土地基灰土擠密樁處理技術(shù)的施工設(shè)計(jì)、施工工藝、試驗(yàn)過(guò)程及影響因素等進(jìn)行了深入分析：灰土樁與樁周土緊密膠結(jié)在一起，在灰土樁周圍形成一層堅(jiān)硬致密的膠結(jié)層。石灰顆粒均勻分布在灰土堆中的黃土顆粒中，一些石灰顆粒與周圍的土顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成碳酸鈣等硬質(zhì)水泥物質(zhì)，與周圍的土顆粒緊密黏結(jié)。

試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，灰土擠密樁能夠?qū)S土地基的濕陷性進(jìn)行有效的消除，保證了路基整體施工質(zhì)量。