灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基效果分析

楊斐斐

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司,甘肅蘭州 730000）

0 前言

在公路建設(shè)工程中，可能遇到路基為濕陷性黃土的情況，此時只有加固路基才能順利完成接下來的公路建設(shè)工程，在加固的過程中需要利用灰土擠密樁?；诖耍疚闹饕懻撛诩庸虧裣菪渣S土路基的過程中，灰土擠密樁的效果。

1 濕陷性黃土的特征

1.1 濕陷性

在自然的狀態(tài)下，黃土極易受到地表水的流水侵蝕，在黃土中天然存在的碳酸鹽將會被流水溶解，導(dǎo)致黃土顆粒的膠合作用逐漸消失，致使黃土顆粒懸浮在地表水中。當(dāng)黃土再次沉積時，這種土粒與其他土粒相碰撞，彼此之間形成的引力要超過自身的重力，此時就會導(dǎo)致土粒懸停，不再下沉，由此形成的結(jié)構(gòu)有利于流水的進(jìn)一步侵蝕，黃土間的空隙越來越大，形成的塌陷也越來越嚴(yán)重。在這種情況下，加上外部的影響，黃土土體結(jié)構(gòu)極易被破壞，黃土的強(qiáng)度也難以保證，這就是黃土的濕陷性[1]。

1.2 直立性

濕陷性的黃土具有天然的含水量，并且具有較高的強(qiáng)度，壓縮性不大，可以支撐垂直邊，因此，在濕陷性黃土的區(qū)域存在近乎于直角的邊坡。

1.3 膨脹性

在遇到水后，濕陷性的黃土?xí)霈F(xiàn)膨脹，在干燥之后會出現(xiàn)收縮，經(jīng)過多次的干燥和膨脹，會導(dǎo)致黃土表層出現(xiàn)裂紋，并被剝落下來，路基的穩(wěn)定程度會受到影響。

2 灰土擠密樁加固機(jī)理

利用灰土擠密樁加固地基主要的加固方式是利用錘擊在地基內(nèi)部打入振動沉管，之后要在樁孔內(nèi)回填灰土并夯實，直至形成樁體。在成孔過程中，打入地基的沉管將會把土體擠壓至樁孔的周邊，初步擠密土體；在回填樁孔的過程中，需要完成夯實工作，進(jìn)一步擠密樁孔內(nèi)外所有的土體，進(jìn)一步提升地基的承載能力。以下是在加固地基時，利用灰土擠密樁的三點機(jī)理：一是在地基土體的內(nèi)部使用錘擊的方式打入振動沉管，可以增加土體的密實度，可以有效改善黃土地基的力學(xué)性能。二是在樁間的土體與灰土擠密樁之間形成了復(fù)合的地基，使得濕陷性黃土路基的承載能力得到增強(qiáng)。三是為了固結(jié)土壤，需要在樁孔內(nèi)回填灰土或者石灰反應(yīng)之后形成的膠凝產(chǎn)物，這樣也會提升土壤的強(qiáng)度[2]。

3 工程概況

甜永高速是銀川至百色國家高速公路（G69）的重要組成部分，主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速為80km/h，路基橫斷面采用整體式斷面，路基寬度為25.5m，行車道寬4×3.75m，硬路肩2×3.0m，土路肩寬2×0.75m，路緣帶2×0.5m，中央分隔帶2.0m，汽車荷載等級為公路-I級，設(shè)計洪水頻率1/100。

本項目位于甘肅黃土地區(qū)，地基以黃土為主，因此，該高速公路路程的地基長期受到外力侵蝕的影響，還會受到多種地質(zhì)作用的影響。在施工的路段上，密布著大量的濕陷性黃土。濕陷性黃土在被破壞之前，具有較高的強(qiáng)度和較差的壓縮性。但是黃土結(jié)構(gòu)被破壞之后，濕陷性黃土路基將難以承受較大的承載力，出現(xiàn)濕陷和軟化的情況。為了工程的順利進(jìn)行，必須利用灰土擠密樁加固黃土地基，以提升濕陷性黃土地基的承載力。在完工之后，需要立即檢測灰土擠密樁的施工質(zhì)量，還要觀測沉降的效果。

4 灰土擠密樁加固路基施工技術(shù)

4.1 施工方案

在本工程中使用的灰土擠密樁的樁徑為400mm，在布置上采用等邊三角形，在回填灰土?xí)r，比例為2：8，在灰土中含有60%的氧化鈣和氧化鎂。在該工程路段的黃土沒有任何雜質(zhì)，并且在使用前經(jīng)過篩選，確定含水量時按照室內(nèi)的擊實實驗結(jié)果。在施工中，需要分層灰土，并完成回填和夯實的處理。確定夯擊的次數(shù)和分層的厚度需要試樁[3]。

4.2 施工設(shè)備

灰土擠密樁施工中需要使用成孔、拌和以及夯實等多種設(shè)備。在成孔時，采用沉管成孔樁機(jī)，在夯擊時，不僅要使用桿狀的尖錘，還要保證夯擊的能量達(dá)到8000N.m。在拌和灰土的過程中，只需使用常規(guī)的拌和設(shè)備即可，在夯實樁孔內(nèi)的填土?xí)r采用的夯錘與夯擊的能量與上述要求保持一致即可。

4.3 試驗檢測

在施工之前，要在施工現(xiàn)場完成土樣的選取，實驗黃土性質(zhì)可以在施工現(xiàn)場進(jìn)行。需要將三個人工探井布設(shè)在施工區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過探測發(fā)現(xiàn)，需要加固的深度與預(yù)期相比增加了三米，因此，每半米取樣實驗，經(jīng)過檢測之后發(fā)現(xiàn)，土體具有濕陷性的典型特征。

在施工過程中需要檢測石灰土的質(zhì)量，保證石灰與配比的準(zhǔn)確，保證拌和質(zhì)量，這樣有助于最終保證灰土擠密樁的施工質(zhì)量。在成孔時，需要檢測樁孔直徑，需要檢測樁的深度。要參照壓實度的要求，參照填層的厚度，以此確定需要夯擊的具體次數(shù)。

在成樁一個月之后，還需要完成以此取土測樣的工作，這是為了檢測土體中的含水量以及濕陷的系數(shù)。在檢測之前需要連續(xù)動力觸探實驗至少兩個測點，實驗的深度要保證超過地基土加固深度的3m。檢測的樁體至少保證有三個，檢測的指標(biāo)包括樁間土體的含水量和孔隙比例。此外，還要試驗樁體的靜載荷[4]。

5 路基加固效果分析

5.1 壓實度檢測

將濕陷性黃土使用灰土擠密樁加固處理之后，按照相關(guān)的規(guī)定，需要抽檢成樁的質(zhì)量。在本次抽檢試驗中，檢測成樁的指標(biāo)包括成樁本身的樁徑、樁孔內(nèi)土體的壓實度以及土體的強(qiáng)度等。根據(jù)灰土擠密樁樁身施工質(zhì)量檢測結(jié)果可知，工程中灰土擠密樁壓實度要高于規(guī)范的95%，與此前的設(shè)計要求相符。經(jīng)過試驗之后發(fā)現(xiàn)，灰土擠密樁的強(qiáng)度最小值仍高于實驗室測試的值。在經(jīng)過灰土擠密樁加固之后，濕陷性黃土地基的承載力可以符合公路工程的需要。并且隨著灰土擠密樁的持續(xù)施工，路基的強(qiáng)度和壓實度仍在不斷提升。

5.2 濕陷性黃土路基基底沉降觀測

為了有效檢測路基基底的沉降情況，需要在施工路段上布設(shè)測點。每個月觀測一次，總共觀察十一個月，初次觀測的時間為2020 年1 月4 日，這一次觀測沉降值為0，將其定位初始值。本次施工中選取了三個測點，根據(jù)各測點路基基底沉降觀測記錄表檢測的結(jié)果以及沉降變化的曲線得知，以6月為分界線，在這一月觀測中，沉降值最大，之后，沉降的速度趨緩。沉降量最大為6.2mm。在10 個月，沉降測量的數(shù)據(jù)變化僅為0.3mm，由此可以看出沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定。

6 結(jié)論

在施工中檢測灰土擠密樁的質(zhì)量可知，樁的壓實度高于規(guī)范要求，強(qiáng)度也高于實驗室的數(shù)據(jù)，并且灰土擠密樁的樁徑符合相關(guān)規(guī)范，表明了施工的質(zhì)量。在使用灰土擠密樁加固濕陷性黃土之后，抽檢樁間土體可知，路基土的壓縮量顯著提升，孔隙比顯著降低，濕陷性黃土的物理力學(xué)性能得到改善。觀測完工后的路基可知，在第十個月，沉降變化值已經(jīng)達(dá)到0.3mm，這意味著此時的路基基底已經(jīng)穩(wěn)固。