淺析灰土擠密樁在公路濕陷性黃土路基中的應(yīng)用

王星浩

（西峽縣公路管理局，河南 南陽 474550）

1 濕陷性黃土的基本特征

黃土是一種黃紅色、含鈣質(zhì)的粘性土，其特性為滲透性、濕陷性等，不利于路基穩(wěn)定。于公路建設(shè)來講，最關(guān)鍵在于是否存在濕陷性。在一定壓力作用下，黃土被水浸濕后，將迅速破壞土結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生嚴(yán)重沉陷問題，這種情況下，被認(rèn)為是濕陷性黃土。根據(jù)濕陷系數(shù)的大小，可確定黃土是非濕陷性黃土，還是濕陷性黃土。當(dāng)濕陷系數(shù)＜0.015時，可認(rèn)定為非濕陷性黃土；當(dāng)濕陷系統(tǒng)≥0.015時，則認(rèn)定為濕陷性黃土。由宏觀角度分析，濕陷性黃土的基本特征主要包括以下幾點(diǎn)：

1）濕陷性黃土的基本色調(diào)為“黃色”，可分為黃色、灰黃、棕黃等。

2）濕陷性黃土含鹽成分高，尤其是碳酸鹽。

3）石英、黏土礦物等均為濕陷性黃土的礦物成分，伊利石為黏土礦物的主要成分，化學(xué)成分中含量偏高的為劍突金屬鋁、鎂等。

4）濕陷性黃土內(nèi)存在大量粉土顆粒，甚至高達(dá)60%左右。

5）濕陷性黃土孔隙比大，一般為1.0，基本上均為松散結(jié)構(gòu) 狀態(tài)。

從微觀層面來講，結(jié)構(gòu)單元、孔隙及膠結(jié)構(gòu)為構(gòu)成黃土的主要部分，黃土內(nèi)粗粒粉偏多，大于0.05mm的砂顆粒含量很少，因此黃土的骨架構(gòu)成主要為粗粉粒，在砂顆粒的表面附著有大量膠結(jié)物質(zhì)，從而具備微結(jié)構(gòu)特性。

2 濕陷性黃土常見處理方法

2.1 墊層法

墊層法也被稱為墊層置換法，主要就是通過開挖的方式將地基底部以下的濕陷性黃土范圍之內(nèi)的所有軟土部分或者全部挖出，并且置換成為壓縮性比較小的砂、碎石、灰土、素土、粉煤灰、石灰粉煤灰、干渣等，這些置換的材料沒有侵蝕性，并且經(jīng)過振實(shí)、碾壓之后就可以作為地基的持力層。對于建構(gòu)筑物而言，在其中可能存在較多的震動設(shè)備，會產(chǎn)生附加的震動荷載，因此，墊層法是較為安全和較好處理效果的濕陷性黃土地基處理方法。

2.2 復(fù)合地基

復(fù)合地基主要指的是多種深層加固方法，通過樁和被擠密的樁間土構(gòu)成的地基。和天然地基處理不同，也不屬于一般的樁基，而是屬于一種特殊的復(fù)合地基。一般主要可以分為幾下幾種類型：根據(jù)樁所用材料不同主要可以分為碎石樁和石灰樁等；按樁強(qiáng)度主要可以分為有柔性樁、半剛性半柔性樁（主要指水泥樁）和剛性樁（主要指鋼筋混凝土預(yù)制樁）。復(fù)合地基的樁體材料不同，施工方法不同，復(fù)合地基對于濕陷性黃土地基的處理效果也不同。在工程中應(yīng)充分利用復(fù)合地基的效應(yīng)，具體包括排水效應(yīng)、樁體效應(yīng)、墊層效應(yīng)、擠密效應(yīng)，同時應(yīng)該避免各種不同形式破壞的發(fā)生。

2.3 擠密樁

擠密樁是一種人工復(fù)合地基，其本身屬于一種深層地基加固方法。主要就是利用沉管在地基當(dāng)中形成樁孔，然后在樁孔內(nèi)部填夯水泥石灰、灰土、粉煤灰、素土等材料，通過擠密的方式來加固地基。這種樁對于濕陷性黃土也有較好的處理效果，并且通過以土治土、就地取材可以有效縮短工期，整個施工的費(fèi)用也較低，可以消除濕陷性黃土淺層以及深層部分或全部濕陷性。其中灰土樁和石灰粉煤灰樁可以運(yùn)用在地下水位以上，處理深度大約為5—15m，含水量介于14%—23%的濕陷性黃土地基。如果主要目的是消除地基濕陷性，一般主要采用土樁；如果是為了消除濕陷性，降低壓縮性，提高承載力，一般采用灰土擠密樁。

3 工程概況

經(jīng)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，按地貌單元劃分某公路工程屬于黃河南(右)岸Ⅱ級階地，場地地層上部為第四紀(jì)風(fēng)沖積—洪積碎屑沉積物，主要土質(zhì)類型為填土、黃土狀粉土。通過試坑浸水試驗(yàn)，12cm為自重濕陷量，由此可測得本路段為自重濕陷性黃土地質(zhì)，且為II級濕陷等級，具有較差的土體物理力學(xué)性質(zhì)。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，決定采用灰土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土地基處理。

4 灰土擠密樁的作用

19世紀(jì)30年俄羅斯首次使用素土樁法消除黃土濕陷性，主要采用樁體擠密原理，通過研究與改進(jìn)逐步演變成灰土擠密樁。灰土擠密樁的作用主要如下：

1）樁體作用?；彝翑D密樁形成的復(fù)合地基中，樁體具有較大剛度。在剛性基礎(chǔ)荷載作用下極易出現(xiàn)變形，并集中作用于樁體，相比之下，樁間土所承擔(dān)的荷載略少，減小原地基土的承載負(fù)荷，進(jìn)而提升復(fù)合地基承載力，降低沉降。

2）墊層作用。樁和樁間土之間可形成一個復(fù)合土層，通過復(fù)合地基和上部墊層的相互作用，可構(gòu)成一個雙層地基，從而同時承擔(dān)豎向荷載，實(shí)現(xiàn)分散作用力的效果。

3）排水固結(jié)作用。相比其他材料，灰土的抗?jié)B能力強(qiáng)，當(dāng)?shù)乇硭駢|層后，在灰土墊層的作用下，可避免下部土層受水浸濕。同時，在超孔隙水壓力作用下，利用樁體，可加快地基固結(jié)沉降速度。

4）擠密作用。灰土樁屬于擠密成孔類型，在成孔時，樁體原位土將被擠壓到側(cè)向，進(jìn)一步減小顆粒之間的孔隙，提高密實(shí)度，加強(qiáng)樁間土的擠密作用。

5 灰土擠密樁施工應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 地基加固設(shè)計方案

1）確定加固類型?；诘刭|(zhì)勘查報告分析，本工程具有8～12m厚的濕陷性黃土，加固時可采用14m長的擠密樁，0.4m為擠密樁鉆孔直徑，以正三角形布設(shè)。

2）確定擠密樁間距。根據(jù)長期實(shí)踐與理論研究可知，2～3D為擠密樁的擠密影響半徑（樁徑直徑由D表示），因此，可在0.8～1.2m之間控制擠密樁相鄰兩孔的間距，同時基于應(yīng)力疊加效果考慮，最終確定0.9m為擠密樁相鄰兩孔的間距。

5.2 施工準(zhǔn)備

施工前，需對土料實(shí)際含水率進(jìn)行詳細(xì)檢測，一旦實(shí)際含水率大于最佳含水量±3%，則需及時調(diào)整含水率，嚴(yán)控土料含水率。石灰材料以塊徑小于5cm的新鮮生石灰為準(zhǔn)，其中含石量需控制在5%以內(nèi)。材料進(jìn)場前，做好各項(xiàng)質(zhì)量檢測工作，保證其質(zhì)量合格的情況下，才能用于施工。按照施工現(xiàn)場情況，結(jié)合施工方案特點(diǎn)，需提前配備好施工設(shè)備，保證施工連續(xù)性，同時，要提前做好試機(jī)工作，避免施工中出現(xiàn)故障，影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。

5.3 定位測量

在施工前，對施工場地進(jìn)行清理和平整，以便于樁機(jī)的移機(jī)、 就位。

施工前，需先清理干凈施工作業(yè)面，保證無雜質(zhì)。隨后進(jìn)行初步平整，保證滿足施工作業(yè)需求，為后期樁機(jī)移動提供便利。同時，還要按照施工圖紙，做好定位、放樣工作。待基礎(chǔ)檢驗(yàn)合格的情況下，即可進(jìn)行樁位放樣。軸線測量與樁位放樣的精確度必須與設(shè)計要求相符。待樁機(jī)就位之后，需及時校正樁管的垂直度，保證樁尖、樁中心在同一條直線上，以此提高樁身施工垂直度的準(zhǔn)確性。

5.4 樁位布置

本工程樁位布設(shè)以正三角形為主，布樁時，鉆孔直徑為0.4m，樁間距為0.9m并將白灰灌入，用于準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)，同時進(jìn)行樁位編號。按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合工程實(shí)際情況，可確定14m為地基處理深度。同時要保證處理后的地基承載力必須控制在180KPa以上。

5.5 沉管成孔

灰土擠密樁地基加固處理時，成孔是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，成孔質(zhì)量將對灰土樁及復(fù)合地基的承載力產(chǎn)生很大影響。成孔施工前，需按照“輕擊慢沉”的原則，待樁管方向確定之后，便能以正常速度進(jìn)行沉管施工，當(dāng)達(dá)到設(shè)計深度時，拔出樁管，形成樁孔。

成孔后，通過夯實(shí)設(shè)備將孔底夯實(shí)，夯擊次數(shù)不得低于8擊，直至達(dá)到規(guī)定要求?？變?nèi)填料前，需先夯實(shí)孔底，可采用分段施工法，按照“由里到外、從中間向兩側(cè)”的順序間隔1～2孔進(jìn)行回填夯實(shí)。隨后對樁孔直徑、深度、垂直度進(jìn)行抽樣檢查，保證在1.5%以內(nèi)控制樁孔垂直度偏差，樁孔中心點(diǎn)的偏差控制在樁距設(shè)計值5%以內(nèi)。

5.6 樁孔石灰土填夯施工

填夯施工前，應(yīng)先做好填夯試驗(yàn)，準(zhǔn)確確定各層填料數(shù)量與夯擊次數(shù)。通過試驗(yàn)確定，每次回填厚度為300mm，夯擊次數(shù)在12擊以上，直至滿足設(shè)計要求，隨后夯實(shí)上一層填料，按照上述施工流程循環(huán)反復(fù)施工。最終保證灰土樁頂標(biāo)高在設(shè)計樁頂標(biāo)高5 cm以上。

5.7 特殊情況處理

第一，夯擊施工過程中，樁孔內(nèi)存在滲水、涌水、積水情況，需及時將水從孔內(nèi)排出。

第二，沉管成孔時，若遇到障礙物，需采取以下方法處理。探查時，可通過洛陽鏟，隨后將障礙物挖除，也可在其上面或四周進(jìn)行樁數(shù)增加，從而提高局部處理深度，保證質(zhì)量。當(dāng)遇到未填實(shí)的坑洞時，由于其面積較小，不便挖除，需打通樁并在該范圍內(nèi)增加樁數(shù)，也可從結(jié)構(gòu)上采取一定處理方法。

第三，夯擊過程中，若遇到縮頸、堵塞、成孔難、孔壁坍塌等問題，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，合理采取處理方法。例如，含水量太大，存在嚴(yán)重縮頸問題，可將干砂、生石灰塊、碎磚碴等材料填筑于孔內(nèi)。若含水量太小，需先浸水，保證其滿足最佳含水量規(guī)定值。

6 結(jié)束語

綜上所述，目前，處理公路濕陷性黃土的施工技術(shù)有很多，而灰土擠密樁施工技術(shù)因成本低、加固效果好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于我國公路濕陷性黃土的處理中，已日益成為廣大工程界人士的主要處理方式之一。采取灰土擠密樁法處治濕陷性黃土路基，可有效降低地基濕陷性，提高路基壓實(shí)度和強(qiáng)度，具有良好的施工效果。