灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基效果探究

曾新榮

福建六建集團(tuán)有限公司

1 引言

濕陷性黃土路基作為一種較為普遍的軟弱地基，其孔隙率以及干密度都相對(duì)很低，此時(shí)如果施工人員無(wú)法正確處置地基，那就極易使得地基遭受作用力的影響，從而產(chǎn)生一系列不規(guī)則的沉降問題，從而削弱了地基的平穩(wěn)性。通常來(lái)說(shuō)，土層濕陷系數(shù)不超過(guò)0.015，如此一來(lái)就能夠很好地削弱濕陷性屬性。當(dāng)下，灰土擠密樁是一項(xiàng)比較合理的地基處置技術(shù)，利用振動(dòng)沉樁機(jī)予以處置，能夠大幅度地減少土層孔隙率，提升密度，相應(yīng)地提高地基承載水平以及穩(wěn)定性，如此一來(lái)給后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)奠定重要基礎(chǔ)。

2 工程概況

西安華潤(rùn)曲江九里A地塊一期一標(biāo)段位于西安市曲江新區(qū)，本工程8棟樓地基均采用灰土擠密樁復(fù)合地基，設(shè)計(jì)孔徑560mm，樁間距1300mm，排距1120mm，采用等邊三角形布置，總樁數(shù)量約2萬(wàn)根樁。設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值不小于200kPa，樁體壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，樁間土平均壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。其目的是改良土體，采用灰土擠密樁消除地基土體濕陷性及提高地基承載力。本項(xiàng)目場(chǎng)地土層主要為第四系上更新統(tǒng)新黃土、古土壤和中更新統(tǒng)老黃土、古土壤，場(chǎng)地表部廣泛分布有全新統(tǒng)人工填土，可分布13層，厚度為40m～50m。場(chǎng)地屬自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷性黃土主要集中在東北、西北、華中、華東部分地區(qū)。

3 灰土擠密樁的應(yīng)用要點(diǎn)分析

3.1 地基處理目標(biāo)及方法

擠密樁法作為加固軟土地基的重要手段，一般被應(yīng)用于濕陷性黃土區(qū)域，采取沖擊或者振動(dòng)的形式，將圓柱形鋼質(zhì)樁管嵌入原本的地基，抽離之后就構(gòu)成樁孔，接著施工人員再往其注入素土、石灰土或者水泥土等材料，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)較大直徑的樁體，同時(shí)和原本的地基組成一系列復(fù)合地基。通常來(lái)說(shuō)，灰土以及素土等擠密樁法常常用于處置地下水位以上的濕陷性黃土等地基，能夠處置大約5至20米深度的處理地基。因此，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)消除地基土濕陷性的目標(biāo)，此時(shí)就要優(yōu)先選取素土擠密樁法。而如果想要提升地基承載水平，或者強(qiáng)化它們的水穩(wěn)性，此時(shí)就要優(yōu)先選取灰土擠密樁法。因?yàn)檫@一建筑要持續(xù)應(yīng)用，為了減少濕陷性，優(yōu)先選取灰土擠密樁作為本項(xiàng)目地基基礎(chǔ)的加固方法。

3.2 灰土擠密樁加固原理及功能

3.2.1 土的側(cè)向擠密功能

在灰土擠密樁擠壓成孔的過(guò)程中，樁孔方位原本土體被側(cè)向沖擊，如此一來(lái)，就能夠進(jìn)一步提升樁周的土層密實(shí)程度，其擠密影響半徑一般在1.5d～2.0d之間，而根據(jù)鄰近樁孔間擠密成效的數(shù)據(jù)表明，在鄰近樁孔擠密區(qū)交接位置，由于擠密成效加倍，此時(shí)樁間土中心位置的密實(shí)度會(huì)有所提升，同時(shí)樁間土的密度趨于勻稱，如果樁距越小，疊加成效就越明顯。土的天然含水量以及干密度常常會(huì)影響到擠密效果，如果含水量靠近最優(yōu)含水量，那么此時(shí)土就會(huì)表現(xiàn)出塑性的態(tài)勢(shì)，而擠密效果最好。一般來(lái)說(shuō)，如果含水量相對(duì)較低，而土處在堅(jiān)硬情況時(shí)，那么有效擠密區(qū)就會(huì)縮小。而如果含水量相對(duì)較高，那么因?yàn)閿D壓會(huì)誘發(fā)超孔隙水強(qiáng)壓，土體很難擠密，再加上孔壁周邊土的強(qiáng)度會(huì)遭到干擾而有所減少，在拔管的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生縮頸等問題。

3.2.2 灰土屬性作用

灰土樁就是指將石灰以及土根據(jù)相應(yīng)比重（2:8或3:7）混合，同時(shí)于樁孔中夯實(shí)加密后產(chǎn)出的樁，該物料具備較為顯著的氣硬性以及水硬性，因?yàn)槭覂?nèi)攜帶正電荷鈣離子以及帶負(fù)電荷黏土顆粒彼此附著，從而會(huì)凝結(jié)成為膠體凝聚，同時(shí)伴隨時(shí)間的延續(xù)，此時(shí)土體固化效果就會(huì)更為顯著，土體強(qiáng)度與日俱增。在力學(xué)作用上，其能夠?qū)崿F(xiàn)擠密地基的目標(biāo)，相應(yīng)地提升地基承載力，減少濕陷性，進(jìn)一步縮減沉降量，保證沉降勻稱。

3.2.3 樁體作用分析

在灰土樁擠密地基期間，考慮到灰土樁的變形程度往往會(huì)超過(guò)樁間土的變形程度，而荷載向樁上產(chǎn)生應(yīng)力聚集效應(yīng)，如此一來(lái)，就減少了基礎(chǔ)底面之下土的應(yīng)力，避免持力層中滋生諸多壓縮變形以及濕陷變形的負(fù)面問題。不僅如此，因?yàn)榛彝翗冻３?huì)對(duì)樁間土起到一定的限制作用，而限制土的側(cè)向轉(zhuǎn)移，樁間土僅僅會(huì)滋生豎向壓密，導(dǎo)致壓力以及沉降一直表現(xiàn)出線性關(guān)系。

3.3 加固施工及效果分析

石灰樁通常包括生石灰以及粉煤灰，比重即7:3。而在選取石灰的過(guò)程中，優(yōu)先選擇新鮮塊灰，將之打碎過(guò)篩，其粒徑大致為20mm～50mm，同時(shí)確保含粉量不大于總體重量的10%。氧化鈣含量不可小于70%，含水率不可超出5%，其中有機(jī)質(zhì)含量不超出5%，不允許包含石塊以及其他雜質(zhì)。而針對(duì)粉煤灰，要優(yōu)先選取Ⅰ、Ⅱ級(jí)灰。通過(guò)一系列的加固處置，本工程地基土的濕陷性基本消失，且大幅度地提升了承載力，加固之前，該區(qū)域地基土表現(xiàn)為可塑或者軟可塑狀。而在加固之后，其含水量都有所減少，所以不難看出，灰土擠密樁的擠密以及吸水效果都是極為明顯的。根據(jù)沉降變形檢測(cè)，不難看出，在完成加固處理之后，首月沉降率有所減少，且地基已漸漸平穩(wěn)，墻體裂縫位置所貼的石膏也沒有產(chǎn)生不良的裂紋。

4 提升灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基效果措施建議

4.1 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況對(duì)拔管的時(shí)間及方式作出調(diào)整

首先，在實(shí)際施工之前，施工人員要提供合理的成樁及夯填測(cè)驗(yàn)，對(duì)地基內(nèi)的含水量以及夯擊頻次予以核驗(yàn)，從而獲取合理參數(shù)。

其次，在實(shí)際施工過(guò)程中，要針對(duì)對(duì)應(yīng)不同土質(zhì)采用合理的樁管直徑，現(xiàn)場(chǎng)采用兩種樁管直徑400mm、560mm。土質(zhì)較好的樁孔可采用小管快拔，也可采用大管慢拔的方式，但一定要消除樁孔內(nèi)的負(fù)壓。土質(zhì)較差的樁孔必須采用大管慢拔，在消除樁孔內(nèi)的負(fù)壓后，還需要控制拔管速率＜1M∕1min。由地勘報(bào)告剖面圖可以看出，數(shù)值越大代表土質(zhì)越不穩(wěn)定，由此可以判定土質(zhì)的好壞。

同時(shí)，采用CAD對(duì)圖紙內(nèi)土質(zhì)差的區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，在較差分區(qū)的圖紙內(nèi)套出的坐標(biāo)，放樣時(shí)對(duì)較差區(qū)域坐標(biāo)點(diǎn)位樁孔進(jìn)行標(biāo)記，方便工人施工，對(duì)樁管直徑大小的更換提供更為明確的條件。一般分為如下幾種情況，

其一，小管快拔。樁孔直徑為560mm，樁管直徑為400，因土質(zhì)較差在成孔時(shí)土體側(cè)壓力會(huì)讓樁孔直徑縮小，在樁管下壓時(shí)，不能對(duì)土體再次擠土，拔管時(shí)也不能對(duì)土體進(jìn)行擠土，樁孔側(cè)壁直徑變小，又因?yàn)榘喂芩俣却笥诳諝膺M(jìn)入樁孔內(nèi)的速度，造成樁孔內(nèi)產(chǎn)生空氣負(fù)壓，更大程度造成樁孔直徑縮小。因此，在較差土質(zhì)情況下不宜采用小樁管成孔。

其二，大管快拔。樁孔直徑560mm，樁管直徑550mm，雖然在下壓，上拔時(shí)候可以對(duì)土體進(jìn)行二次、三次的擠密，但如果拔管速度大于空氣進(jìn)入樁孔內(nèi)的速度則樁孔內(nèi)產(chǎn)生空氣負(fù)壓，造成樁孔直徑縮小。因此，在土質(zhì)較差時(shí)采用大管成孔但要考慮拔管的速度小于空氣進(jìn)入速度。

其三，大管慢拔。樁孔直徑560mm，樁管直徑550mm，樁管在下壓，上拔時(shí)候可以對(duì)土體進(jìn)行二次、三次的擠密，拔管速度小于空氣進(jìn)入樁內(nèi)孔的速度，樁孔內(nèi)無(wú)空氣負(fù)壓，又因土體再次被擠密，則樁孔直徑大小變化在允許范圍內(nèi)。因此，較差的土體時(shí)采用大管慢拔可解決縮徑問題。

最后，合理控制拔管時(shí)間及方式。工人在施工過(guò)程中，沉孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高后就開始拔管，應(yīng)采用計(jì)時(shí)的方式，每個(gè)人對(duì)拔管的時(shí)間都確定，減慢拔管速度，對(duì)產(chǎn)生縮徑的不合格率大幅度降低。在每臺(tái)成管機(jī)械內(nèi)配備沙漏計(jì)時(shí)器。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作1M∕1min拔管速率可減少95%的縮徑。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工機(jī)械計(jì)時(shí)統(tǒng)計(jì)。沉孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，先對(duì)樁管拔起500mm～1000mm后停頓十秒，在重新把樁管壓入到樁孔內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高，消除樁孔內(nèi)的空氣負(fù)壓后，重新拔管。

4.2 設(shè)置垂直夯入裝置以及增加控制措施

第一，負(fù)責(zé)人要合理解析工人工藝技術(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工人進(jìn)行解析，講解夯錘落入孔內(nèi)的效果展示，以及會(huì)出現(xiàn)的問題，在施工過(guò)程中要保證夯錘垂直落入樁孔內(nèi)，夯錘不與周邊土體觸碰，如產(chǎn)生觸碰則增加夯擊次數(shù)。

第二，適時(shí)地推行現(xiàn)場(chǎng)撒白灰管理機(jī)制。針對(duì)以上夯錘會(huì)與土體接觸的情況在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)成孔好的場(chǎng)地進(jìn)行撒白灰管理制度，對(duì)樁孔周邊進(jìn)行定位放線，讓夯填機(jī)械按灰白的規(guī)劃路線行進(jìn)，給機(jī)械一個(gè)輔助定位線，方便工人對(duì)機(jī)械進(jìn)行控制，提高夯錘下落精度，避免夯填一擊調(diào)整一次機(jī)械，可提高工作效率，及樁孔質(zhì)量。

通常來(lái)說(shuō)，白灰定位線等于夯填機(jī)械的寬度，平行于樁孔橫向等間距進(jìn)行放線，其樁孔位置在夯填機(jī)械中間，避免工人為了方便隨便停夯機(jī)，后輪位置會(huì)掉入未夯填樁孔內(nèi)，導(dǎo)致夯機(jī)械不水平，在橫向白灰線的基礎(chǔ)上放縱向白灰線，其主要目的是定位夯錘到夯錘機(jī)械后輪中心位置，在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，夯錘后輪位置只需要壓在縱向白灰線上，夯錘的位置就垂直于樁孔位置，減少試錘次數(shù)。方可提高工作效率，及工程質(zhì)量。

第三，相應(yīng)地增加激光輔助控制線。在撒白灰的管理基礎(chǔ)上增加激光輔助控制線，讓夯錘更加精準(zhǔn)的夯入樁孔內(nèi)，工人只需要對(duì)正白灰線在結(jié)合激光輔助控制線就能100%讓樁孔夯入樁孔內(nèi)，進(jìn)一步提高夯錘下落精度。將發(fā)射激光的儀器固定在夯錘機(jī)械頂部位置，讓其可以垂直發(fā)射激光到地面上，產(chǎn)生激光輔助控制線，輔助控制線設(shè)置在距離樁孔20mm居中位處，激光儀器可隨重力隨左右前后擺動(dòng)自己隨時(shí)調(diào)節(jié)方向，將100%垂直地面，在撒白灰線的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高夯錘下落精度。提高工作效率，及工程質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，灰土擠密樁通常被用于處置已有建筑物黃土地基局部濕陷問題，特別是針對(duì)那些由于地基浸水引發(fā)的不均勻沉降地基問題，能夠充分地發(fā)揮積極效果，大量的實(shí)踐表明，其不僅可以消除濕陷性，減少地基土含水率，同時(shí)還能夠相應(yīng)地提升實(shí)際承載力，有時(shí)還能夠抬升建筑體，發(fā)揮糾傾的作用，因而被應(yīng)用得越來(lái)越廣泛。在實(shí)際施工期間，灰土擠密樁可依據(jù)建筑物受損情況進(jìn)行布局，同時(shí)還能夠柔性加固處理手段，總之，灰土擠密樁操作便捷，土方量相對(duì)較少，且還能夠在室內(nèi)操作，造價(jià)成本較低，可供類似工程借鑒。