水泥土擠密樁處理濕陷性黃土地基研究

劉永波（上海市地礦建設(shè)有限責(zé)任公司，上海 200435）

針對濕陷性黃土地基施工作業(yè)條件，很多施工單位和技術(shù)人員在選擇和應(yīng)用樁基礎(chǔ)施工工藝和技術(shù)資源的過程中，很容易忽略部分地質(zhì)條件存在的差異，對地下巖土層的部分結(jié)構(gòu)并未進(jìn)行深入調(diào)研，因此也會(huì)引發(fā)較多施工安全問題和質(zhì)量通病問題。根據(jù)水泥土擠密樁施工工藝的具體操作流程，現(xiàn)場施工技術(shù)人員和管理人員也需要及時(shí)配置科學(xué)合理的質(zhì)量檢測措施。

1 地質(zhì)特征分析

在各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目中，不同的地質(zhì)條件和特征能夠直接影響到地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，也能夠?qū)Ω黝悩痘A(chǔ)施工技術(shù)工藝流程的階段性施工成果產(chǎn)生連續(xù)性的影響[1]。水泥土擠密樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠適用于較多土壤地質(zhì)條件參數(shù)，但是也會(huì)受限于施工區(qū)域內(nèi)的氣候天氣條件和機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等外部因素。濕陷性黃土地質(zhì)條件相對比較特殊，會(huì)集成較多不良地質(zhì)特征的變化因素，對施工區(qū)域內(nèi)的巖土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及地下將排水設(shè)施的施工建設(shè)效果產(chǎn)生不良影響。濕陷性黃土區(qū)域的濕陷系數(shù)一般集中在 0.015～0.135 區(qū)間范圍之內(nèi)。濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，主要源于不均勻性沉降以及塌陷等獨(dú)特地質(zhì)特征上，并且能夠間接影響到水泥擠密樁的實(shí)際加固作業(yè)效果，對施工質(zhì)量檢測結(jié)果的精確性產(chǎn)生負(fù)面影響[2]。

2 水泥土擠密樁的加固原理

在各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目領(lǐng)域內(nèi)，水泥土擠密樁是有效加固地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工技術(shù)工藝之一，也能夠?qū)Σ煌鼗Y(jié)構(gòu)層次進(jìn)行間接加固，并逐步形成新型復(fù)合地基，為上層建筑提供更加精準(zhǔn)和牢靠的壓力承載平面[3]。但是在構(gòu)造基礎(chǔ)地基結(jié)構(gòu)的過程中，需要對水泥土擠密樁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行客觀評測，才能夠確定不同平面上的壓力密度是否均勻，并需要對水泥土擠密樁基礎(chǔ)的承載力范圍進(jìn)行客觀評估，才能夠有效推進(jìn)施工質(zhì)量檢測工作的順利實(shí)施。在不同地質(zhì)環(huán)境和自然條件下，應(yīng)用水泥土擠密樁施工技術(shù)方案，就要對具體加固方向進(jìn)行嚴(yán)格界定，才能夠避免出現(xiàn)上部建筑受力不平衡的狀態(tài)。尤其針對濕陷性以及軟土地基施工作業(yè)環(huán)境而言，選用水泥土擠密樁加固技術(shù)方案，還需要?jiǎng)討B(tài)協(xié)調(diào)指定高強(qiáng)度水泥施工材料等專業(yè)技術(shù)資源，并對各類機(jī)械設(shè)備和施工技術(shù)人員的進(jìn)場質(zhì)量檢驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)督[4]。把土和水泥攪拌凝固形成強(qiáng)度，高強(qiáng)度的水泥在碳化時(shí)，更能加強(qiáng)樁體的強(qiáng)度，由于其自身所具有的模量較大，在所有的樁都成形后，可以將樁身周圍土的性質(zhì)發(fā)生變化，提高密度，從而獲得一種新型的復(fù)合地基，消除濕陷性黃土的沉降性，并增加了承載能力。

3 水泥土擠密樁的施工工藝

3.1 施工機(jī)具和設(shè)備

在濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)中，水泥土擠密樁的施工工藝流程需要涵蓋較多操作工序，因此需要精準(zhǔn)配備各類施工機(jī)具和設(shè)備，并在集中采購和運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場之后進(jìn)行全面的質(zhì)量檢驗(yàn)，并定期聯(lián)系供貨商尋求技術(shù)支持。施工單位需要集中采購以下機(jī)械設(shè)備，柴油錘打樁機(jī)、發(fā)電機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)、全站儀水準(zhǔn)儀、集料拌合站等等[5]。在集中準(zhǔn)備各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的過程中，施工單位和現(xiàn)場監(jiān)理人員需要共同清點(diǎn)施工材料和機(jī)械設(shè)備是否精準(zhǔn)匹配，才能夠進(jìn)一步界定不同地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的銜接平面承載力范圍，對水泥土擠密樁施工工藝的操作流程和注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)記錄和統(tǒng)計(jì)分析。在集中配置大中型機(jī)械設(shè)備和機(jī)具的過程中，施工單位和監(jiān)理單位需要進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查和安全檢查，并在測量放樣以及地質(zhì)勘察等相關(guān)工作流程中，精準(zhǔn)采集施工作業(yè)現(xiàn)場中的濕陷性黃土地基地質(zhì)條件參數(shù)，并對后續(xù)施工技術(shù)方案的具體執(zhí)行順序進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管。

3.2 施工準(zhǔn)備工作

施工準(zhǔn)備工作階段內(nèi)所需要完成的工作任務(wù)相對比較瑣碎，但是能夠直接影響到相關(guān)施工工藝和技術(shù)方案的具體執(zhí)行順序，并對不良地質(zhì)條件的改善過程產(chǎn)生一定影響。由于濕陷性黃土地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性嚴(yán)重不足，并且非常容易出現(xiàn)塌陷和不均勻沉降等問題。在全面勘察各項(xiàng)不良地質(zhì)條件因素的過程中，需要對黃土狀粉土、黃土狀粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土的具體分布情況全面勘測，才能夠進(jìn)一步確定不同垂直面和水平面上施工技術(shù)，工藝流程的具體操作目標(biāo)。在進(jìn)行施工前準(zhǔn)備工作的過程中，施工單位和監(jiān)理單位需要充分運(yùn)用更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)圖紙，并對施工作業(yè)現(xiàn)場中的相關(guān)施工區(qū)域進(jìn)行隔離防護(hù)，避免影響到周邊土壤地質(zhì)條件的穩(wěn)定性以及可持續(xù)性。施工單位和監(jiān)理單位需要嚴(yán)格監(jiān)督全站儀測量放線操作過程的穩(wěn)定性和系統(tǒng)一致性，并對水泥土擠密樁的加固原理進(jìn)行創(chuàng)新解讀，才能夠進(jìn)一步界定后續(xù)材料和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸?shù)缆泛驼彰骶€路等等。除此之外，施工單位和現(xiàn)場監(jiān)理工作還需要對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格審核，并對水泥土的抗壓強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測定，進(jìn)一步優(yōu)化含水量和壓力密度等數(shù)據(jù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在經(jīng)過完整的實(shí)驗(yàn)室操作流程之后，施工單位的技術(shù)人員和管理人員需要得出更加精準(zhǔn)的水泥摻量指標(biāo)和最佳含水量指標(biāo)。在施工準(zhǔn)備工作階段內(nèi)，施工單位和監(jiān)理單位需要進(jìn)行模擬施工作業(yè)實(shí)驗(yàn)，并對成樁工藝以及成樁緊密效果進(jìn)行重點(diǎn)評估和量化統(tǒng)計(jì)分析。

3.3 成樁工藝

根據(jù)濕陷性黃土地基特殊的地質(zhì)條件參數(shù)，因此選用的成樁工藝存在較大差異，需要精準(zhǔn)控制不同孔位之間的平面距離，才能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)的地基加固施工作業(yè)效果。成樁施工之前對鋼管與樁架做好相對應(yīng)的標(biāo)記，用于施工中能夠有效判斷鋼管的深度。首先用打樁機(jī)械將鋼管打入土體內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后將鋼管抽出形成樁孔；成孔后做好相應(yīng)的檢查工作，對孔深和位置以及垂直水平進(jìn)行檢查。滿足設(shè)計(jì)要求后，將孔口進(jìn)行覆蓋，以防進(jìn)入其它雜質(zhì)。與其他灌注樁地基施工技術(shù)工藝有所不同的是，水泥土擠密樁施工工藝更加看重水泥土壓力密度參數(shù)的穩(wěn)定性，并且需要對成樁成孔質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測，才能夠及時(shí)應(yīng)對不良地質(zhì)條件參數(shù)所帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)因素和質(zhì)量通病問題。在進(jìn)行打樁作業(yè)的過程中，施工單位的技術(shù)人員需要嚴(yán)格管控成孔順序，并嚴(yán)格排查是否存在孔位變形以及塌孔等細(xì)節(jié)質(zhì)量問題，從而直接影響到樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全可靠性。成樁技術(shù)工藝的操作流程，與施工區(qū)域內(nèi)濕陷性黃土地基地質(zhì)條件的變化趨勢直接相關(guān)，并且能夠間接影響到周邊無關(guān)區(qū)域的自然地質(zhì)條件可持續(xù)性和安全性。在進(jìn)行成樁施工作業(yè)的過程中，需要盡量避免選用單一的現(xiàn)場質(zhì)量評測手段，以免出現(xiàn)不可抗力因素和地質(zhì)災(zāi)害等安全風(fēng)險(xiǎn)問題。在確保成孔位置和通道完整性的基礎(chǔ)之上，施工技術(shù)人員和管理人員還需要及時(shí)排查成孔過程是否摻雜較多雜質(zhì)，以免影響到后續(xù)回填施工工序的連貫性和安全性。

3.4 填料拌制

根據(jù)濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)的獨(dú)特地質(zhì)條件因素，需要在指定的工藝流程之中充分發(fā)揮填料的獨(dú)特力學(xué)特性，并對各類水泥土物質(zhì)的內(nèi)部擠壓狀態(tài)進(jìn)行客觀評測，才能夠形成更加獨(dú)特以及穩(wěn)定的復(fù)合地基結(jié)構(gòu)。單樁以及多樁復(fù)合地基承載力以及沉降系數(shù)普遍呈現(xiàn)非線性下降趨勢，因此需要在填料拌制和回填夯實(shí)等相關(guān)操作流程中嚴(yán)格檢驗(yàn)成樁工藝的穩(wěn)定性和系統(tǒng)一致性，避免出現(xiàn)不可抗力因素以及外部地質(zhì)災(zāi)害問題。水泥土擠密樁的施工材料主要涵蓋水、水泥以及素土，但是需要根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的具體配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，選定水泥材料的具體摻量和含水量數(shù)據(jù)參數(shù)，并對施工作業(yè)現(xiàn)場的操作環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格管控。此外，要確保拌和后混合料的含水率達(dá)到或接近設(shè)計(jì)要求的最佳含水率，拌合料的實(shí)際含水率與設(shè)計(jì)要求最佳含水率的偏差控制在 ±2% 以內(nèi)。根據(jù)水泥土擠密樁施工技術(shù)工藝的實(shí)際應(yīng)用范圍以及操作深度，現(xiàn)場施工技術(shù)人員和管理人員需要對攪拌后的水泥土進(jìn)行快速回填，并對混合料的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格測定和計(jì)量評估。根據(jù)各類填料的拌制和混合作業(yè)效率，現(xiàn)場施工技術(shù)人員和質(zhì)量管理人員需要重點(diǎn)監(jiān)督水泥土擠密樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性和連貫性，并對樁身強(qiáng)度以及重力密度等數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行抽樣檢查，才能夠進(jìn)一步確定后續(xù)施工處理措施的應(yīng)用順序。

3.5 水泥土擠密樁施工質(zhì)量檢測

根據(jù)濕陷性黃土地基施工作業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定性和安全可靠性，需要對水泥土擠密樁進(jìn)行嚴(yán)格以及科學(xué)合理的施工質(zhì)量檢測，才能夠確定復(fù)合型樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)符合預(yù)期施工建造需求，并能大幅度改良和優(yōu)化完善各項(xiàng)施工技術(shù)條件，對施工現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行合理的生態(tài)性保護(hù)。水泥土擠密樁的施工質(zhì)量檢測工作需要涵蓋樁身強(qiáng)度、重力密度、樁身質(zhì)量、樁深樁徑以及樁位等相關(guān)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，并需要進(jìn)一步確定復(fù)合型以及單一性樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的原始承載力范圍以及加固后的承載力范圍是否存在明顯的差異。在進(jìn)行試樁施工作業(yè)的過程中，需要對各項(xiàng)力學(xué)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行詳細(xì)記錄和統(tǒng)計(jì)分析，并需要精準(zhǔn)管控各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)符合設(shè)計(jì)圖紙中相關(guān)規(guī)定和要求，并將剩余的水泥土施工材料和機(jī)具設(shè)備進(jìn)行集中處理。在眾多水泥土擠密樁施工質(zhì)量檢測類目之中，只有樁深樁徑需要低于設(shè)計(jì)值，樁位數(shù)據(jù)的正負(fù)誤差在 5 cm 之內(nèi)即可。在檢驗(yàn)樁身強(qiáng)度以及重力密度等數(shù)據(jù)參數(shù)的過程中，現(xiàn)場施工技術(shù)人員和質(zhì)量管理人員需要采取鉆孔取樣的方式進(jìn)行全面檢驗(yàn)，并確保成孔成樁狀態(tài)的穩(wěn)定性即可。在綜合判別樁身質(zhì)量的過程中，施工技術(shù)人員和管理人員需要對水泥土拌合過程中的水泥和干土比例進(jìn)行詳細(xì)測定，才能夠進(jìn)一步確定水泥土擠密樁的加固效果是否穩(wěn)定。

4 水泥土擠密樁的質(zhì)量控制要點(diǎn)

根據(jù)濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性因素，現(xiàn)場施工技術(shù)人員和質(zhì)量管理人員需要重點(diǎn)排查水泥土擠密樁施工技術(shù)工藝應(yīng)用過程中是否存在較多外部影響因素，才能夠動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù)以及質(zhì)量檢驗(yàn)方法，并對各項(xiàng)質(zhì)量評估結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄和統(tǒng)計(jì)分析。在進(jìn)行水泥土擠密樁施工作業(yè)的過程中，水泥混合料的每次回填厚度不能超出 20 cm，重錘夯擊次數(shù)以及落槌能量普遍呈正比，并且水泥摻量和拌合量的配合比設(shè)計(jì)參數(shù)完全依賴于濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性因素，因此需要額外檢驗(yàn)樁身的完整性和密實(shí)度參數(shù)，才能夠進(jìn)一步確定后續(xù)施工清掃工作的主要實(shí)施位置和操作項(xiàng)目。成孔檢查工序結(jié)束且成孔質(zhì)量檢查合格后，開始回填拌合料成樁作業(yè)。要根據(jù)成孔實(shí)際速度對自動(dòng)回填?yuàn)A桿錘數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)籌安排，確保成孔速度、回填速度及混合料準(zhǔn)備量三者在附帶時(shí)間條件下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。除此之外，很多施工質(zhì)量控制措施都能夠精準(zhǔn)適配不同類別的施工技術(shù)方案和施工圖紙規(guī)定要求，才能精準(zhǔn)界定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的可靠性和真實(shí)性。尤其在處理水泥土擠密樁樁頭的過程中，需要對夯實(shí)操作次數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格審核，并確保其重力密度數(shù)據(jù)參數(shù)指標(biāo)的一致性和準(zhǔn)確性。

5 水泥土擠密樁的主要施工效果

根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目的各項(xiàng)施工內(nèi)容，需要對水泥土擠密樁的主要施工效果進(jìn)行集中展示，才能夠進(jìn)一步確定后續(xù)施工工序的銜接標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)評估結(jié)果精確性。濕陷性黃土地基經(jīng)過水泥土擠密樁施工處理后，大大提升了地基承載能力，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完全適應(yīng)濕陷性黃土地基。樁間土的沉降問題得到解決。除此之外，水泥土擠密樁施工工藝也能夠應(yīng)用在其他施工作業(yè)環(huán)境之中，并對單樁以及復(fù)合型地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定積極影響。根據(jù)水泥土擠密樁的主要施工效果，施工單位的專業(yè)技術(shù)人員和現(xiàn)場管理人員也能夠快速回顧此項(xiàng)施工工藝流程中是否存在細(xì)節(jié)問題和不穩(wěn)定的安全隱患因素等等。按照上述施工技術(shù)開展實(shí)施，使水泥土擠密樁施工可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，使地基的承載力符合要求。采用此方法進(jìn)行水泥土擠密樁施工，不僅不會(huì)耽誤工期，還可以使各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，確保最終的工程質(zhì)量。

6 結(jié) 語

水泥土擠密樁對黃土地基的承載力改善具有十分顯著的作用，隨著樁數(shù)的增加，復(fù)合地基承載力特征值和群樁效應(yīng)均隨之增加；不同深度處的濕陷變形速率曲線規(guī)律具有明顯的一致性，土體濕陷變形呈現(xiàn)時(shí)間早、速度快、變形量大的特點(diǎn)；在浸水試驗(yàn)試坑豎向方向和橫向方向的變形分析表明水泥土擠密樁對黃土地層的濕陷變形能夠起到良好的控制作用。