灰土擠密樁法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用策略

張常紅

（蘭州黃河生態(tài)旅游開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

在工程建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，黃土濕陷性地基的加固受到高度關(guān)注，只有對(duì)地基情況進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，才能對(duì)地基處理方法進(jìn)行合理選擇。由于此類地基的處理方式較多，但是對(duì)比而言，灰土擠密樁加固措施運(yùn)用效果良好，因此，本研究選擇此技術(shù)作為重點(diǎn)研究對(duì)象，分析其對(duì)黃土濕陷性地基處理環(huán)節(jié)的應(yīng)用，為同類項(xiàng)目提供實(shí)踐指導(dǎo)。

1 濕陷性黃土特點(diǎn)

黃土濕陷性是對(duì)特殊地質(zhì)情況的描述，這類地基由于地基自身含水量較高，如果地基上方荷載力較大，就會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞性。當(dāng)濕陷性地基承重過(guò)大時(shí)，上方建筑物及地基就會(huì)瞬時(shí)遭到破壞，進(jìn)而出現(xiàn)較大幅度的沉降現(xiàn)象。所以在工程建設(shè)開(kāi)工之前，要對(duì)開(kāi)挖地基進(jìn)行勘察評(píng)價(jià)，根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)范和對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于項(xiàng)目地基的土體密度、壓縮系數(shù)、固結(jié)試驗(yàn)、含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，工程建設(shè)者要掌握項(xiàng)目地基的特點(diǎn)，制定出合理、科學(xué)的地基處理方案，分析工程建設(shè)條件。

通常而言，對(duì)于黃土濕陷性的評(píng)價(jià)產(chǎn)生的影響因素主要有兩方面，分別為內(nèi)部和外部影響。其中，內(nèi)部影響包括微結(jié)構(gòu)表征、礦物成分、化學(xué)成分，而外部影響主要包括水分浸透和外部荷載等因素。在評(píng)價(jià)過(guò)程中，需要對(duì)各類影響因素指標(biāo)進(jìn)行合理選取，選擇含水量、干密度、塑性指數(shù)和孔隙比，以上指標(biāo)的選擇對(duì)于黃土濕陷性地質(zhì)評(píng)價(jià)有重要影響[1]。

2 濕陷性黃土地基處理常用方法

對(duì)于濕陷性黃土這類地基的處理方法較多，不同方法的在應(yīng)用過(guò)程中有各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在各自的不足之處。因此，在應(yīng)用階段中需要施工人員根據(jù)工程類別和施工需求進(jìn)行靈活選擇，體現(xiàn)地基處理技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，具體而言，濕陷性地基的處理技術(shù)如下。

2.1 擠密樁法

擠密樁加固法是按照設(shè)計(jì)要求展開(kāi)成孔施工，樁孔之內(nèi)通過(guò)分層方式完成振搗，使用水泥、砂石、粉煤灰、灰土以及碎石等作為填料。施工過(guò)程中，通過(guò)樁間土作用，打造復(fù)合地基。由于該方法應(yīng)用過(guò)程需要注意地下含水量的控制，保證水位深度能夠滿足施工需求。如若需要處理，宜水位深度在20m 左右。該技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于土壤和場(chǎng)地方面的要求不高。

2.2 注漿法

在地基加固階段，用的方法是注漿法。具體而言，就是在待處理的地基孔隙內(nèi)灌注水泥漿液，通過(guò)漿液的填充和滲透，對(duì)于土壤進(jìn)行擠密處理。施工階段，要先使用鉆機(jī)鉆孔，之后使用高壓泵將漿液引出，當(dāng)漿液能夠和土壤混合，將基土顆粒之間氣體、水分等排除，使?jié){液和土體交膠結(jié)，硬化以后形成完整的地基，該技術(shù)運(yùn)用之后，能夠?qū)⒌鼗鶑?qiáng)度增加，提高其抗震性，達(dá)到加固要求。

2.3 樁基礎(chǔ)

利用混凝土和鋼筋制作基礎(chǔ)樁，應(yīng)用此方法能夠?qū)⒌鼗休d力有效提高。因?yàn)槭芰υ碇g存在差異，導(dǎo)致基礎(chǔ)樁類型也各有不同。通?；A(chǔ)樁包括摩擦樁、端承樁兩種，以上樁基礎(chǔ)適合應(yīng)用在各類土壤當(dāng)中，而且施工工藝發(fā)展相對(duì)成熟。但應(yīng)用過(guò)程進(jìn)度稍慢，因此如果工程對(duì)于進(jìn)度方面要求嚴(yán)格，不適合選用此技術(shù)加固地基[2]。

2.4 夯實(shí)法

夯實(shí)法是利用夯錘沖擊力對(duì)于土體進(jìn)行夯實(shí)，施工過(guò)程可以選擇不同重量的夯錘。如果選擇3t 以內(nèi)，可以控制夯錘下落距離在4.8m，此高度下落能夠地基內(nèi)部的水分排除，提高土壤干密度。該技術(shù)適合應(yīng)用在地下水位超過(guò)0.8m 的地基處理工程當(dāng)中。這類地基稍存在黃土濕陷性特點(diǎn)，影響范圍能夠達(dá)到1.5～2.0m，對(duì)于淺層地基處理效果明顯，能夠提高地基的整體性。如果選擇重量在8～20t 的夯錘，對(duì)于地基進(jìn)行強(qiáng)夯，有效改善黃土濕陷性地基，讓地基的孔隙被壓縮，有助于深層地基的處理，具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。

2.5 換填法

在地基處理過(guò)程當(dāng)中，還可采取換填法處理，將軟土層和鋪墊層挖除，將黃土濕陷量消除，提高地基的承載力，或者由于上方荷載影響導(dǎo)致地基變形。該技術(shù)可以應(yīng)用在厚度在3.0m 以內(nèi)的地基加固工程當(dāng)中，并且地基處于地下水位上方。需要注意，用此技術(shù)應(yīng)該落實(shí)防水施工，以免由于防水問(wèn)題導(dǎo)致土層下沉。

3 灰土擠密樁法在濕陷性黃土中的應(yīng)用

本文引用以下公路工程數(shù)據(jù)舉例說(shuō)明。

3.1 工程概況

公路涵洞工程屬于省域交通重要的連接道路。工程跨越等級(jí)為Ⅱ、Ⅲ級(jí)的濕陷性黃土地基，了解地基情況，選擇匯水流大、地形平緩場(chǎng)地，對(duì)于涵洞地基的濕陷性展開(kāi)處理，完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。最終選擇公路樁號(hào)①K14+130、②K14+335 兩處位置，在以上2 點(diǎn)挖深井，穿越黃土層，獲得施工點(diǎn)土體重點(diǎn)參數(shù)信息，明確地基的物理力學(xué)指標(biāo)。按照相關(guān)規(guī)范，判斷①、②兩處地基土體的濕陷量是669.5mm 和533.9mm，整體濕陷量分別為340.5mm 和378.7mm，濕陷層厚8.0m 和9.0m，屬于Ⅲ級(jí)的濕陷性黃土[3]。

3.2 處理措施

對(duì)于濕陷性黃土地基處理通常使用夯實(shí)、墊層和擠密法，為了對(duì)地基穩(wěn)定性加以控制，本研究選擇同樁徑、不同樁間距（分為大、小間距）的處理方式設(shè)置灰土擠密樁，對(duì)于工程地基展開(kāi)處理。大、小間距的擠密樁分別應(yīng)用在①、②兩處施工位置，由于以上施工點(diǎn)的地形類似，都是排水蓋板涵，處于深度6.0m，擠密樁直徑0.4m，作為小間距1.0m 的灰涂土擠密樁，擠密樁1.2m作為大間距的灰土擠密樁，在樁頂、基底中間設(shè)置墊層，0.8m，“三七灰土”，容重16kN/m3，在路涵的過(guò)渡段進(jìn)行填筑，高度是路堤3.0 倍。

3.3 效果分析

3.3.1 濕陷性變化

根據(jù)各類間距擠密樁應(yīng)用以后地基濕陷系數(shù)的變化，能夠得到結(jié)論，處理之前，涵洞的基底層8m 范圍之內(nèi)，土體的濕陷系數(shù)變化介于0.03～0.065 間，濕陷等級(jí)中等。利用擠密樁進(jìn)行處理以后，在處理地基的影響之下，濕陷系數(shù)維持在0.015 之內(nèi)，由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)擠密樁的處理，地基變成復(fù)合地基，消除原有濕陷性，使用灰土擠密樁對(duì)于黃土濕陷性地基的改良效果較好。應(yīng)用該技術(shù)處理以前①處地基的濕陷系數(shù)高于②處，擠密樁處理之后①處地基的濕陷系數(shù)低于②處，使用2.0倍、2.5 倍樁間距都可將地基的實(shí)現(xiàn)系數(shù)減小。對(duì)比而言，2.0 倍樁間距的擠密樁對(duì)于土體的濕陷系數(shù)減小值較高，高于2.5 倍間距0.003～0.005，代表使用小間距的擠密樁對(duì)于地基的濕陷性改善效果較好。主要原因是樁間距小，產(chǎn)生的擠密效果優(yōu)良，當(dāng)土體的密度增加時(shí)，就能控制其濕陷性，使用擠密樁疊加產(chǎn)生的影響范圍就會(huì)越大，而土體越密，地基處理整體效果更好。

3.3.2 彈性模量的變化

本工程使用差異化間距，設(shè)置灰土擠密樁，針對(duì)涵洞地基進(jìn)行處理，對(duì)于處理前后土體壓縮模量的變化已經(jīng)對(duì)比，處理之前，①和②的壓縮模量較低，均值達(dá)到10MPa，利用擠密樁進(jìn)行處理以后，在涵洞基底和6m 范圍之內(nèi)，土體的壓縮模量有明顯提高，能夠達(dá)到15.0MPa～21.5MPa 之間，和地面土體接近的位置，壓縮模量越高。從處理深度產(chǎn)生的影響方面進(jìn)行分析，使用小間距擠密樁處理效果更好，和大間距擠密樁對(duì)比，土體的壓縮模量略高于1.5MPa～4.5MPa，對(duì)比大間距擠密樁形成的復(fù)合地基，小間距擠密樁在處理之后，對(duì)于土體的壓縮模量改善效果更為明顯。所以，利用小間距的擠密樁，有助于地基土體壓縮模量的提高，還能有效控制土體的變形問(wèn)題。在擠密樁的影響范圍之內(nèi)，樁基土體的壓縮模量有效提高，提高率在50%～90%之間。對(duì)比大小、間距兩種擠密樁的使用效果，小間距擠密樁使用以后地基土體壓縮模量提高幅度略高，高于5%～10%之間。從擠密樁應(yīng)用機(jī)理角度分析，樁間距設(shè)置越小，對(duì)于擠密范圍之內(nèi)地基土產(chǎn)生側(cè)向作用更為明顯，同時(shí)疊加影響也較大，能夠有效增加相鄰樁孔的土體密度，最終使得土體壓縮模量不斷提高[4]。

3.3.3 沉降量變化

本項(xiàng)目為了確認(rèn)各種間距擠密樁對(duì)于地基沉降變形土體壓力產(chǎn)生的影響效果進(jìn)行對(duì)比分析，在①和②兩處涵洞的縱向斷面分別設(shè)置7 處測(cè)試點(diǎn)，同時(shí)在斷面涵洞的洞身內(nèi)側(cè)、涵洞基底等位置設(shè)置土壓力計(jì)、變形觀測(cè)標(biāo)等，并選擇各斷面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析處理效果。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況，判斷涵洞沉降的變形結(jié)果，能夠看出在不同拱頂?shù)牟煌瑪嗝娈a(chǎn)生的地基變形量、變化趨勢(shì)都有差異。在①處施工位置，沉降量最大的位置在涵洞的翼墻末端，在使用小間距擠密樁處理以后，監(jiān)測(cè)時(shí)間12 個(gè)月，涵洞的沉降量為40.6mm，可見(jiàn)還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定情況。涵洞的中間位置，斷面沉降量可以達(dá)到30mm，和其他的斷面變形具有線性變化特點(diǎn)，沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。在②位置涵洞的內(nèi)部斷面，最高沉降值為45.3mm，沉降為線性變化，也沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。有兩處短面最高沉降量達(dá)到16mm，對(duì)比涵洞的翼墻末端和出口斷面，翼墻末端沉降量低于2～3mm，能夠達(dá)到基本穩(wěn)定的狀態(tài)。雖然其他斷面的沉降值有所增加，但是從整體的變化趨勢(shì)以及變化時(shí)間方面來(lái)看，這種變形量在地基最大允許沉降范圍之內(nèi)，均未超過(guò)200mm，因此能夠保證涵洞處于安全可控的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，灰土擠密樁處理以后，能夠有效控制地基沉降問(wèn)題。擠密樁間距不同，對(duì)于涵洞地基的變形改善效果無(wú)明顯差異，但是從現(xiàn)場(chǎng)的地基土體濕陷性和現(xiàn)場(chǎng)地基的變形的控制難易程度分析，使用小間距擠密樁更有利于沉降控制，控制效果也更為明顯。如果工程地勢(shì)平緩，路段容易積水，等級(jí)較高，要選擇小間距的擠密樁處理地基，對(duì)于地基后期的變形控制十分有利。

3.3.4 地基土壓力變化

經(jīng)過(guò)擠密樁處理以后：①處基土壓力呈“臺(tái)階式”，從處理之前18kPa，變?yōu)樘幚硪院蟮?10kPa～130kPa，后期使用時(shí)也能保持穩(wěn)定，斷面基礎(chǔ)壓力要高于出口斷面30kPa，涵洞的中間斷面基土壓力處于30kPa～45kPa 之間，測(cè)試結(jié)果和變化狀態(tài)吻合。②處的基礎(chǔ)壓力變化差異明顯，先增加后減少，后穩(wěn)定于60kPa～130kPa 之間。

整體來(lái)看，當(dāng)初施工點(diǎn)基礎(chǔ)壓力都會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，填土施工階段由于基體承受的壓力跟隨填土高度不斷增加，導(dǎo)致各斷面受力也存在差異，土施工以后壓力穩(wěn)定。涵洞的中間斷面壓力處于進(jìn)出口斷面壓力之間，能夠?qū)⒑词芰?、變形情況存在的關(guān)系反映出來(lái)，有助于施工人員對(duì)沉降變形和地基承載力的分析。

3.4 結(jié)論探討

該項(xiàng)目選擇2.5 和3.0 倍的樁間距擠密樁，分別處理涵洞的地基變形問(wèn)題，得出結(jié)果為雖然樁間距不同，但是對(duì)于濕陷性地基的變形情況問(wèn)題都能得到改善，當(dāng)間距越小的時(shí)候，不良地基的改善效果越好[5]。所以本工程可以選擇樁間距在2.5～3.0 之間，設(shè)置灰土擠密樁。對(duì)比兩種間距的擠密樁，當(dāng)間距為2.5 倍樁徑的時(shí)候，其對(duì)于濕陷系數(shù)的減小只略高于3.0 倍樁徑0.003～0.005，土體的壓縮模量高于3.0 倍樁徑高1.5MPa～4.5MPa，由此可以判斷小間距的擠密樁對(duì)于地基土體的變形問(wèn)題控制更有效。

因此，針對(duì)黃土濕陷性地基類型公路涵洞進(jìn)行施工時(shí)，由于施工區(qū)域可能出現(xiàn)積水問(wèn)題，需要利用灰土擠密樁改善不良地基的沉降情況，提高其天然承載力。本工程可以選擇樁徑在400～500mm 之間，長(zhǎng)度6m 的擠密樁施工，擠密樁的樁徑和地基的濕陷深度相關(guān)，樁間距設(shè)定在2.5～3.0 倍之間即可，能夠有效消除由于地基濕陷性對(duì)于沉降造成的影響，以免工程投入運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)不同程度的病害，以控制維護(hù)成本，保證安全運(yùn)營(yíng)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上分析，針對(duì)黃土濕陷性地基，合理運(yùn)用灰土擠密樁處理地基，可以控制地基沉降問(wèn)題發(fā)生。不但有利于工程成本的節(jié)約，而且還能消除不良地基對(duì)于工程質(zhì)量造成的影響，經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良。因此，工作人員需要重點(diǎn)掌握灰土擠密樁技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，夠妥善處理這類特殊地基，以便在高效施工的同時(shí)更深入探索灰土擠密樁在建筑工程領(lǐng)域的運(yùn)用途徑，彰顯技術(shù)應(yīng)用效益。