淺談灰土擠密樁在濕陷性黃土地區(qū)高填方路基施工中的應(yīng)用

徐昕，王國靖

（1.蘭州博文科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730101；2.中交一公局集團(tuán)通定高速總承包部，甘肅 定西 743000）

濕陷性黃土路基施工的方法多種多樣，如強(qiáng)夯法、換填法、灰土擠密樁法等，相比其他工藝，灰土擠密樁施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用，有益于公路建設(shè)的迅猛發(fā)展。甘肅省定西市地處絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶與甘肅西部陸海新通道交匯點(diǎn)，2020年8月，大力推進(jìn)“一城兩港兩中心”建設(shè)，但因該地區(qū)濕陷性黃土分布十分廣泛，修建公路的關(guān)鍵問題就在于解決黃土遇水濕陷而引發(fā)的不均勻沉降問題，如何有效治理沉降問題且達(dá)到快速施工的要求，也是定西交通運(yùn)輸發(fā)展及“一城兩港兩中心”建設(shè)的基礎(chǔ)保障。

1 濕陷性黃土治理的發(fā)展

濕陷性黃土治理的發(fā)展過程共計經(jīng)歷了3個提升階段，第一階段為萌芽階段，針對濕陷性黃土路基主要靠人工夯實(shí)，施工速度慢，處理效果差，施工方法單一，理論研究不深入，處理完成后存在較大的質(zhì)量隱患，主要代表為陜西地區(qū)在土樁法的基礎(chǔ)上試驗(yàn)研究灰土擠密樁用以解決雜填土的深層處理問題；第二階段為飛速發(fā)展階段，地基處理引進(jìn)了新工藝、新設(shè)備、新材料，該階段大大提高了施工效率，有效降低了施工質(zhì)量風(fēng)險，主要代表為利用灰土擠密樁施工擴(kuò)孔對周邊土體及超空隙水壓力的產(chǎn)生和消解進(jìn)行計劃，分析樁體受力情況；第三階段為世界引領(lǐng)階段，國內(nèi)建設(shè)者攻克了黃土路基處理的諸多難題。

2 濕陷性黃土的特點(diǎn)

因黃土中含有大量鈣質(zhì)或黃土結(jié)核，多孔，垂直節(jié)理，無明顯層理，干燥時堅硬，水分較濕時，容易剝離和侵蝕，甚至濕陷，易造成不均勻沉降從而導(dǎo)致路基整體失穩(wěn)、邊坡開裂、路面不均勻沉降等問題，影響車輛行駛的舒適性，嚴(yán)重時危及行車安全，故一直以來濕陷性黃土都是影響和困擾公路建設(shè)的關(guān)鍵性問題。

通定高速項(xiàng)目屬于隴中黃土高原丘陵壑區(qū)，具有黃土覆蓋廣泛、溝壑縱橫、地形地貌復(fù)雜、黃土濕陷性等級不均勻的特點(diǎn)，結(jié)合該工程項(xiàng)目現(xiàn)場施工情況，總結(jié)濕陷性黃土的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）滲透性。黃土的粒徑以粉粒為主，粘粒的含量不大，故黃土的滲透性也較強(qiáng)。不同地區(qū)黃土的孔隙比、顆粒形狀與大小、礦物成分與含量以及土的結(jié)構(gòu)組成都會影響黃土的滲透性，只有黃土經(jīng)過壓實(shí)后，即破壞了其大孔構(gòu)造后，透水性才能大大降低，從而減小不均勻沉降的發(fā)生程度。

（2）崩解性。黃土遇水膨脹，干燥時則收縮，長期如此會使黃土發(fā)生崩解。不同種類的黃土崩解性有一定的差異，通定項(xiàng)目所在地域主要以老黃土為主，要經(jīng)過一定時間才會全部崩解。無論時間長短，這樣的特性都會為路基病害的產(chǎn)生埋下隱患。

（3）濕陷性。濕陷性黃土中有一定含量的水溶鹽和礦物質(zhì)，受水浸濕后，鹽類的長期溶解和析出，使得土的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，且遇水時，土體強(qiáng)度顯著降低，在飽和自重壓力或附加壓力和自重壓力的共同作用下，往往具有突然下沉的性質(zhì)。若對濕陷性黃土地基不作處理，直接填筑路基，在上部路基結(jié)構(gòu)、行車荷載、自然因素等綜合因素作用下，勢必會發(fā)生路基沉降、路面結(jié)構(gòu)層開裂等各種病害問題。

3 灰土擠密樁的加固機(jī)理

濕陷性黃土路基容易產(chǎn)生各種問題，其根源為路基底部的濕陷性黃土疏松結(jié)構(gòu)、孔隙率大，具有垂直節(jié)理，遇水會濕陷，易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，即濕陷性黃土地基本身的承載能力較差。要想提高其承載能力，就需要將土體疏松結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐?shí)結(jié)構(gòu)。在眾多施工方法中，灰土擠密樁施工方法對于土體形成密實(shí)結(jié)構(gòu)非常有效。

灰土擠密樁是借助錘擊、沖擊等方式，將一定尺寸的特制鋼管打入需要處理的濕陷性黃土地基中，使土體側(cè)向擠密，在地基中形成孔道，隨后將鋼管拔出，在樁孔道中分層回填并進(jìn)行夯實(shí)，回填的填料可以根據(jù)公路沿線的料場分布或填料供應(yīng)情況，選擇適合工程實(shí)際的、較為經(jīng)濟(jì)的素土、灰土、水泥土等，此時回填形成的樁體與樁間被擠密的土體共同形成了復(fù)合地基，該復(fù)合地基可以承受上部路基路面結(jié)構(gòu)荷載及反復(fù)地形成荷載。通過灰土擠密樁處理后，便大大提高了地基本身的承載能力，同時，也使得路基結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

4 灰土擠密樁的特點(diǎn)及試驗(yàn)參數(shù)

4.1 擴(kuò)孔擠密特點(diǎn)

樁基就位后，在已進(jìn)行測量放樣的段落處開始鉆孔，灰土擠密樁將鉆桿打入土體內(nèi)，將原有土體結(jié)構(gòu)破壞，形成擠密效果。針對土體性質(zhì)不同，擠密效果也各不一樣。對于滲透系數(shù)強(qiáng)的黃土，擠密效果最好，通過試驗(yàn)檢測，樁間土強(qiáng)度相比其他工藝提高了15%～60%。

4.2 吸水、升溫和膨脹作用

甘肅通定項(xiàng)目對某段高填方段落地基進(jìn)行了含水率檢測（如圖1、圖2），檢測數(shù)據(jù)如表1。

表1 不同深度處土層含水率

圖1 鉆孔取樣

圖2 含水率測定

生石灰具有極強(qiáng)的吸水作用，且吸水后放出大量的熱。石灰吸水放出的熱量，使土體產(chǎn)生氣化脫水現(xiàn)象，路基土體內(nèi)含水率下降，且穩(wěn)定固化，大大提高了路基整體穩(wěn)定性，且生石灰水化時體積膨脹，石灰樁在封樁較好時，石灰樁體積膨脹可對樁間產(chǎn)生巨大的擠壓力。

4.3 膠凝、離子交換和碳化作用

樁體本身采用石灰和原狀土拌和而成，石灰與水反應(yīng)形成鈣的固體化合物，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)超于路基主體，樁體與路基形成整體受力結(jié)構(gòu)，大大提升了施工質(zhì)量，提高了路基整體穩(wěn)定性，延長了公路使用壽命。

4.4 置換作用

在地基中設(shè)置一定強(qiáng)度和剛度的樁置換軟的土，形成復(fù)合地基可以提高地基承載力和改善變形特性。

5 通定高速灰土擠密樁施工技術(shù)控制要點(diǎn)

（1）施工前應(yīng)熟悉圖紙，充分了解施工現(xiàn)場地質(zhì)條件，繪制平面布置圖，對場地進(jìn)行整平，并根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行測量放樣，用白色石灰標(biāo)記出樁位。試驗(yàn)人員提前做好灰土的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，確定最佳含水率，調(diào)整好現(xiàn)場素土的含水率，確保拌和后的灰土控制在最佳含水率范圍內(nèi)，達(dá)到質(zhì)量最佳的效果。

（2）樁基就位后，按照測量放樣的點(diǎn)位對準(zhǔn)，并檢查鉆桿的豎直度，合格后開始打孔，鉆頭剛打入時，速度稍慢，控制在0.3m/min，防止填筑成型的路基破壞，打入2m后速度調(diào)整至1.5m/min，直到打至設(shè)計深度。拔出鉆桿時應(yīng)勻速、緩慢拔出，防止應(yīng)拔管過快造成塌孔。

（3）2:8灰土必須采用集中拌和，含水率控制在15%～19%，拌和結(jié)束的灰土使用前必須覆蓋，防止水分散發(fā)。

（4）樁管沉至設(shè)計深度后應(yīng)及時拔出，以免在土中擱置過久增大拔管摩擦力，導(dǎo)致塌孔。成孔后夯實(shí)機(jī)就位，向孔內(nèi)填已拌和好的2:8灰土，每層填料厚度控制在250～400mm，錘擊次數(shù)不少于10次（由成樁試驗(yàn)確定），直至距孔口20cm為止。

（5）濕陷性黃土路基處理段落、涵底地基處理及擋墻底地基處理時，灰土擠密樁長度為6m；橋涵臺背地基處理時，灰土擠密樁長度為8m；孔位直徑40cm；路堤高度小于8m樁間距為1.2m，路堤高度大于8m樁間距為1m，梅花形布置，采用跳孔施工法，二次插入，以利于沉管插入及拔出。

（6）樁管上需設(shè)置顯著牢靠的尺度標(biāo)志，每0.5m—點(diǎn)。沉管過程中，應(yīng)注意觀察樁管的貫入速度和垂直度變化。

（7）拔管成孔后，由專人檢查樁孔的質(zhì)量，觀測孔徑、孔深及垂直度是否符合要求。

（8）填料夯實(shí)?；彝翗短盍习凑赵O(shè)計的灰土配合比進(jìn)行，拌合和灰土?xí)r，要在封閉的場所進(jìn)行，集中拌和后采用自卸汽車覆蓋篷布運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，防止造成大氣污染?；彝涟韬蠒r要攪拌充分，顏色均勻。夯填時，人工操作機(jī)械填料，并進(jìn)行連續(xù)夯擊。夯擊時確保鉆機(jī)穩(wěn)定，不發(fā)生移位。

（9）為保證灰土擠密樁施工質(zhì)量，現(xiàn)場技術(shù)人員要加強(qiáng)責(zé)任心，嚴(yán)格控制每個孔的孔深、填料數(shù)量、夯擊次數(shù)，填筑完成后，進(jìn)行壓實(shí)度檢測，合格后進(jìn)行下一道工序。

（10）樁孔中心點(diǎn)的偏差不應(yīng)超過樁距設(shè)計值的5%，樁孔垂直度偏差不應(yīng)大于1.5%，夯實(shí)機(jī)械的錘擊次數(shù)不能過少?；彝翗妒┕ぃ瑳Q定工程質(zhì)量的關(guān)鍵是樁孔夯填的質(zhì)量，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于樁孔總數(shù)的2%。施工中嚴(yán)格控制填料量，專人操作并認(rèn)真監(jiān)督夯填過程，施工后切實(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)測試，樁身采用長把小環(huán)刀法、樁頂采用灌砂法測定壓實(shí)度，保證填料的壓實(shí)度滿足規(guī)范和設(shè)計要求。

6 結(jié)語

對于工程量巨大的濕陷性黃土路基處治工程而言，如何結(jié)合具體土性、濕陷性等級、濕陷性黃土厚度、路基填方高度、含水率等條件，優(yōu)化灰土擠密樁的處治效果，不僅具有重要的理論研究價值，更具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但只要施工單位在施工過程中加強(qiáng)對灰土擠密樁處理濕陷性黃土地基的效果分析，處理前后樁間土的物理力學(xué)性質(zhì)的變化及灰土擠密樁加固機(jī)理等措施到位，定能消除濕陷性黃土路基的不均勻沉降，確保道路的正常使用。