濕陷性黃土路基灰土擠密樁施工質(zhì)量的控制

黃鈺峰

（蘭州博文科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730101）

0 引言

濕陷性黃土路基的處理方法有很多，但大多需要投入較大的開挖力度、人力、物力，還需要進(jìn)行后期的回填處理，施工的整體效率較低?；彝翑D密樁施工時(shí)，采用一定比例的石灰和水進(jìn)行配制與拌和，將其注入到事先打好的樁孔中，與周圍被擠密的土體形成良好的復(fù)合地基，主要特點(diǎn)是采取以土治土且不需要大挖大填，土方量少，因此經(jīng)濟(jì)效果較好，可以降低工程成本?；彝翑D密樁的處理深度取決于地基濕陷性等級(jí)和施工技術(shù)的發(fā)展水平，一般合理深度為5m～15m，在國(guó)外有達(dá)15m～25m的，這是一般淺層加固方法如土墊層、重錘夯實(shí)所難以達(dá)到的，它是消除或減少厚度較大黃土地基自重濕陷性的一種簡(jiǎn)便而有效的方法?；彝翑D密樁隱藏在地下且對(duì)整條公路的路基起到承載的重要作用，施工中更應(yīng)該嚴(yán)格控制其施工質(zhì)量，確保路基結(jié)構(gòu)物的長(zhǎng)久穩(wěn)定與安全，延長(zhǎng)濕陷性黃土地區(qū)公路的整體使用壽命。

1 工程概況

通定高速公路位于甘肅省定西市，定西地區(qū)濕陷性黃土分布廣泛，土質(zhì)主要為第四系全新統(tǒng)的沖洪積黃土狀土及第四系上更新統(tǒng)的馬蘭黃土層，孔隙含量高，地基濕陷性等級(jí)一般為Ⅱ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性，極易造成路基不均勻或過量沉降破壞。項(xiàng)目路線起點(diǎn)（K0+000）位于通渭城北張家臺(tái)子，終點(diǎn)位于（K118+040.877）稱鉤驛鎮(zhèn)唐家岔溝口，路線全長(zhǎng)114.831km，其中課題所選路段為第3合同段ZK61+760-ZK61+860，長(zhǎng)度共100m，經(jīng)土工試驗(yàn)檢測(cè)，該段路基濕陷性等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

2 灰土擠密樁施工工法原理

從本質(zhì)上講，濕陷性黃土容易塌陷的主要原因是土壤本身疏松及多孔的結(jié)構(gòu)。治理濕陷性黃土主要是要改變土壤疏松多孔的特點(diǎn)，幫助土壤形成聯(lián)結(jié)性、密實(shí)性更好的結(jié)構(gòu)。在路基施工時(shí)，灰土擠密樁的特點(diǎn)在于不需要大面積開挖取土進(jìn)行地基處理，而是不取土便可治理土，即利用機(jī)械將圓柱形鋼制樁管擠壓打進(jìn)原地基成孔，打樁成孔的過程中會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)作用，使得周圍土體被逐漸擠密，消除土壤的疏松多孔結(jié)構(gòu)，用配置好的灰土填進(jìn)樁孔內(nèi)，并進(jìn)行夯實(shí)，從而更好地?cái)U(kuò)孔，達(dá)到形成增大直徑的樁體，樁與樁會(huì)對(duì)其之間的土壤產(chǎn)生較強(qiáng)的側(cè)向擠壓作用，此時(shí)濕陷性黃土結(jié)構(gòu)中便產(chǎn)生了較多的擠密區(qū)域，兩個(gè)鄰近的灰土擠密樁會(huì)形成和模板、框架等比較相似的約束結(jié)構(gòu)，便使土體的模量得到了很大程度的提升，提高土體的抗變形能力?；彝翑D密樁的樁體變形模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁間土體的變形模量和樁間土側(cè)向約束作用，地基承受荷載50%的受力是由灰土擠密樁承擔(dān)的，這樣便可以降低樁間土的側(cè)應(yīng)力，限制樁間土的側(cè)向擠壓力，使得復(fù)合地基整體更加穩(wěn)固，為路基等上部結(jié)構(gòu)打下穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

3 灰土擠密樁施工質(zhì)量的影響因素

3.1 人的因素

人的意識(shí)決定人的行為，參與工程項(xiàng)目決策的領(lǐng)導(dǎo)者以及作業(yè)者，他們的意識(shí)、思想覺悟、知識(shí)水平、工作能力等均會(huì)影響工程項(xiàng)目的質(zhì)量。施工時(shí)首先就要考慮到對(duì)人的因素的控制，因?yàn)槿耸鞘┕み^程的主體，是控制施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素?；彝翑D密樁的施工是路基工程的重要部分，施工單位的管理者、技術(shù)負(fù)責(zé)人、操作人員、服務(wù)人員、作業(yè)者都要在各自的崗位上履行職責(zé)，互相有序地配合，才能保證其施工質(zhì)量。

3.2 施工機(jī)械

在進(jìn)行灰土擠密樁施工時(shí)，必須要綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)條件、施工工藝及方法和施工單位的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，合理地去選擇合適的施工機(jī)械和設(shè)備，按照進(jìn)度計(jì)劃合理安排作業(yè)班組和操作人員，相應(yīng)人員必須認(rèn)真學(xué)習(xí)并執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度，嚴(yán)格遵守機(jī)械設(shè)備的操作規(guī)程，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)施工機(jī)械的日常保養(yǎng)、維修和管理，保證機(jī)械設(shè)備發(fā)揮最大的效用。灰土擠密樁施工時(shí)，首先要采用施工成孔設(shè)備，即灰土擠密打樁機(jī)，以柴油錘為動(dòng)力錘擊鋼制沉管入土，借助卷揚(yáng)機(jī)將沉管拔出地面。此外，將一定比例的灰土進(jìn)行拌合后送入樁孔內(nèi)，還需借助夯實(shí)機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)提升重錘進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)，鋼制重錘以自由落體為動(dòng)力，對(duì)樁體進(jìn)行逐層夯實(shí)，并根據(jù)試驗(yàn)樁得出的夯擊參數(shù)進(jìn)行夯實(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求檢測(cè)樁體參數(shù)。

3.3 工程材料

工程材料包括原材料、成品、半成品、構(gòu)配件等，是工程項(xiàng)目施工的重要物質(zhì)條件，也是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素，是保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，對(duì)于工程項(xiàng)目來說，工程材料若不符合相關(guān)要求，無論采用何種方法都不能使工程質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，所以更應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制工程材料。在灰土擠密樁的現(xiàn)場(chǎng)施工中，使用的主要工程材料包括土料、石灰和水?？紤]經(jīng)濟(jì)因素，土料可以采取就地挖出的素黃土及塑性指數(shù)大于4的粉土，不能使用含有有機(jī)質(zhì)的腐殖土，不能使用耕植土，且土料應(yīng)該進(jìn)行過篩，顆粒不大于15mm，在拌和前還要控制土料的最佳含水量。結(jié)合本工程所在地區(qū)的情況，石灰選用了Ⅲ級(jí)以上的新鮮塊灰，并對(duì)其進(jìn)行了灑水保證充分的消解，且進(jìn)行了過篩處理，保證顆粒粒徑小于5mm，經(jīng)過檢查，直至不包含未熟化的生石灰塊為止，嚴(yán)格控制石灰的質(zhì)量。本工程采用的是3%的灰土擠密樁，即石灰與土的比例為3∶7，按照設(shè)計(jì)要求，將石灰與土加水在拌和站進(jìn)行集中拌和，即采用廠拌法。石灰和土中的水以及土顆粒成分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，包括離子交換作用、結(jié)晶硬化作用、火山灰作用、碳酸化作用等一系列的反應(yīng)，使土體的性質(zhì)發(fā)生了根本的改變。在初期，表現(xiàn)為土的結(jié)團(tuán)、塑性降低、最佳含水率增加和最大密實(shí)度減小等，在后期主要表現(xiàn)為結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，從而提高了板體性、強(qiáng)度穩(wěn)定性，這也是灰土擠密樁樁體具有足夠承載能力的基礎(chǔ)前提。

3.4 施工方法

施工方法包括所采取的技術(shù)方案、工藝流程和方法、組織措施、質(zhì)量控制措施、施工進(jìn)度控制、施工成本控制措施等內(nèi)容，即要在施工前有完整的可以用來指導(dǎo)施工的施工組織設(shè)計(jì)文件。完備、正確的施工方案，直接影響著工程是否能夠順利實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、進(jìn)度、成本三大目標(biāo)，考慮不周全的施工方案將會(huì)破壞實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)的平衡，可能會(huì)造成工程進(jìn)度滯后、工程成本增加，工程質(zhì)量也很難確保?；彝翑D密樁的施工工藝及流程包括樁機(jī)就位、沉管擠土、拔管成孔、樁孔夯填、灰土墊層施工，每一工序都影響著灰土擠密樁的施工質(zhì)量，故要合理安排施工，有明確的施工方案指導(dǎo)施工順利進(jìn)行。

3.5 環(huán)境條件

對(duì)于工程項(xiàng)目而言，影響工程質(zhì)量的環(huán)境因素很多，且復(fù)雜多變，包括地形、地貌、地質(zhì)條件、水文、氣候、噪音、施工現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)和照明條件、安全防護(hù)及通信條件、作業(yè)場(chǎng)所條件等很多方面的因素，除此之外，工程項(xiàng)目的管理環(huán)境也是不可忽視的環(huán)境因素之一，包括工程項(xiàng)目的合同結(jié)構(gòu)與管理關(guān)系的確定、組織機(jī)構(gòu)的建立健全、各種管理制度和規(guī)章制度等。因此，要根據(jù)灰土擠密樁施工的特點(diǎn)和具體的條件，對(duì)影響施工質(zhì)量的各個(gè)環(huán)境因素，提前制定有效的措施并嚴(yán)加控制，保證工程順利開展。

4 灰土擠密樁質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 事前質(zhì)量控制

事前質(zhì)量控制是指工程項(xiàng)目在施工之前準(zhǔn)備工作的質(zhì)量控制。在進(jìn)行灰土擠密樁施工時(shí)，首先要充分發(fā)揮組織管理的優(yōu)勢(shì)，建立一支人員素質(zhì)過硬、管理水平較高、技術(shù)和資金到位的建設(shè)隊(duì)伍，保證各方需求滿足工程質(zhì)量管理的需要。開工前的質(zhì)量控制包括以下方面：（1）仔細(xì)審查施工組織設(shè)計(jì)，對(duì)施工工藝及流程、施工方法、勞動(dòng)力組織等全面地分析是否滿足工程質(zhì)量和工程進(jìn)度要求，配備與施工過程相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)的檢驗(yàn)、試驗(yàn)、測(cè)量設(shè)備及人員，確保各環(huán)節(jié)均能順利進(jìn)行，保證施工工期要求。（2）灰土材料和灰土擠密樁的性能質(zhì)量之間存在著非常密切的聯(lián)系，因此工作人員在材料采購的過程中，需要通過考察優(yōu)選合格的供貨廠家保證灰土擠密樁施工時(shí)所用材料的數(shù)量、品質(zhì)，材料進(jìn)場(chǎng)要做好質(zhì)量檢驗(yàn)，需對(duì)供貨廠商提供的產(chǎn)品合格證、技術(shù)說明書、質(zhì)量檢驗(yàn)證等進(jìn)行檢查，石灰是構(gòu)成樁體的重要材料，供貨廠商需要提供樣品，施工單位要進(jìn)行試驗(yàn)與鑒定，對(duì)材料的鎂、鈣成分含量給予相應(yīng)的測(cè)定，保證所選擇的石灰材料各方面都能夠充分滿足實(shí)際的施工需求，杜絕不符合要求的材料進(jìn)場(chǎng)，從第一環(huán)節(jié)保證施工質(zhì)量。（3）石灰材料運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)之后，需要對(duì)其開展相應(yīng)的存放管理工作，采取覆蓋加護(hù)以及閉光防潮等相應(yīng)的有效措施，才能保證石灰材料自身性能的穩(wěn)定性。（4）施工中所應(yīng)用的土料，需要工作人員優(yōu)先選擇含水量在-2%～0.5%范圍之內(nèi)的素黃土，若含水量不足，則應(yīng)在施工前適當(dāng)灑水，若含水量過大，則需要進(jìn)行翻動(dòng)晾曬，總之保證在使用前土料的最佳含水量。（5）灰土擠密樁施工時(shí)，綜合考慮施工機(jī)械的技術(shù)性能、工程規(guī)模、工作效率、維修的難易性、機(jī)械的耗能以及數(shù)量等問題，選擇最佳的機(jī)械組合方案，確保滿足施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工成本的要求；六是做好作業(yè)準(zhǔn)備工作，具體包括施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地平整，對(duì)較松軟的場(chǎng)地采用壓路機(jī)進(jìn)行預(yù)壓處理，保持施工現(xiàn)場(chǎng)的衛(wèi)生，保證打樁機(jī)能夠順利運(yùn)行前進(jìn)，并做好臨時(shí)排水溝渠，方便排水。（6）對(duì)軸線控制樁和水準(zhǔn)點(diǎn)樁設(shè)置的編號(hào)進(jìn)行復(fù)核，用石灰或釘標(biāo)樁在樁孔位置進(jìn)行標(biāo)記，此環(huán)節(jié)工作開展的效果與精準(zhǔn)性與后續(xù)灰土擠密樁分布的合理性以及其作用的發(fā)揮之間存在著非常密切的聯(lián)系，因此需要在放樣工作完成之后，工作人員使用全站儀以及測(cè)距儀等相關(guān)設(shè)備來開展嚴(yán)格的檢測(cè)工作，保證每一個(gè)所涉及到的標(biāo)記點(diǎn)、標(biāo)記線相關(guān)數(shù)據(jù)以及各項(xiàng)參數(shù)都能夠符合設(shè)計(jì)要求。

在進(jìn)行灰土擠密樁施工前，即在大面積施工前，需要相關(guān)的工作人員在小范圍內(nèi)開展相應(yīng)的試樁活動(dòng)，從而確定灰土擠密樁的施工技術(shù)參數(shù)。試樁活動(dòng)開展的主要內(nèi)容有：選擇三組共9個(gè)樁點(diǎn)，分別以不同的施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行下管成孔、沉樁擠密以及錘擊夯實(shí)，記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后進(jìn)行單樁和復(fù)合地基承載能力試驗(yàn)?；诖朔N形式來開展兩次或者是兩次以上的試樁工作，一步步明確填料壓實(shí)度、夯錘落距、夯擊次數(shù)、每層回填土的最佳厚度等多個(gè)方面的參數(shù)，從而能夠?yàn)楹罄m(xù)大面積灰土擠密樁的施工提供重要的施工參數(shù)，為工程施工的順利開展提供有效的保障。

4.2 事中質(zhì)量控制

事中質(zhì)量控制指的是施工過程中的質(zhì)量控制。根據(jù)灰土擠密樁的施工工藝及流程，具體應(yīng)當(dāng)重視兩個(gè)方面的工作，一方面是施工單位自身對(duì)施工質(zhì)量的控制，另一方面是做好質(zhì)量跟蹤監(jiān)控控制。在整個(gè)施工階段，保證良好的工作狀態(tài)，密切注意在前期施工準(zhǔn)備階段對(duì)影響工程質(zhì)量因素所做的安排與計(jì)劃，關(guān)注施工過程中是否發(fā)生了不利于工程順利進(jìn)行、不利于工程質(zhì)量的變化，同時(shí)嚴(yán)格對(duì)每一個(gè)工序進(jìn)行檢查，保證工序之間的有序交接，在確保每一工序符合要求后再進(jìn)行下道工序，嚴(yán)格遵守三檢制度。此外，若在施工過程中發(fā)生了工程變更或設(shè)計(jì)變更，必須要由專門的負(fù)責(zé)人組織有關(guān)方面的研究、分析與討論，確認(rèn)后發(fā)布變更指令。

灰土擠密樁施工包括樁機(jī)就位、沉管擠土、拔管成孔、樁孔夯填、灰土墊層施工等若干步驟，其中包括兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，即樁機(jī)沉管成孔和回填夯實(shí)成樁。

在開展沉管成孔環(huán)節(jié)的施工過程中，需要相關(guān)的工作人員做好樁機(jī)就位質(zhì)量的檢查工作，保證樁機(jī)準(zhǔn)確平穩(wěn)，機(jī)架不出現(xiàn)任何的傾斜或者是晃動(dòng)，在確認(rèn)其準(zhǔn)確無誤之后，下一步需要對(duì)樁孔和樁管進(jìn)行校對(duì)，樁管上需要設(shè)置醒目牢固的尺度標(biāo)志，之后啟動(dòng)機(jī)械便可施工。沉管過程中，工作人員要嚴(yán)格遵循輕擊慢沉的原則，控制樁管的垂直度和貫入的速度，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析原因并進(jìn)行處理，有效避免樁管出現(xiàn)偏離或者位移的現(xiàn)象。樁管的下沉方向、下沉速度以及其穩(wěn)定性足夠之后，需要對(duì)樁機(jī)的功率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使其能夠回歸到常規(guī)的水平，保證沉管施工工作開展的平穩(wěn)性以及勻速性。在樁管滿足設(shè)計(jì)深度后，需要及時(shí)進(jìn)行樁管的拔除，不宜在土體中擱置停留較長(zhǎng)的時(shí)間，這樣才能有效防止對(duì)土壤產(chǎn)生相應(yīng)的擠壓應(yīng)力，以免摩阻力增大拔管工作的難度。如果在實(shí)際施工中，樁管處于土體當(dāng)中的時(shí)間比較長(zhǎng)，這時(shí)工作人員可以采用對(duì)土層中注入適量水的方式，便能夠?qū)豆苤車耐寥肋M(jìn)行浸潤(rùn)以及軟化，之后相關(guān)的工作人員便可采用旋轉(zhuǎn)拔管的方式勻速地將樁管拔出。在樁管從土壤中拔出來成孔后，需要專人檢查樁孔的質(zhì)量，對(duì)樁徑的深度以及直徑展開準(zhǔn)確的測(cè)量，檢查是否符合要求，若發(fā)現(xiàn)縮孔、回流等情況，可以采用洛陽鏟進(jìn)行擴(kuò)樁直至設(shè)計(jì)值，如果情況嚴(yán)重甚至出現(xiàn)了無法成孔的情況，則必須在局部地段采用樁管內(nèi)灌入砂礫的方式進(jìn)行成孔。

在保證各方面參數(shù)都準(zhǔn)確無誤之后，才可以繼續(xù)進(jìn)行灰土材料的回填以及夯實(shí)工作?；彝敛捎冒韬蜋C(jī)集中拌合，各種用料要計(jì)量準(zhǔn)確，根據(jù)每天的用量進(jìn)行石灰的消解及灰土的拌合。拌合好符合要求的灰土料用運(yùn)輸車覆蓋運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。夯填施工時(shí)，要按照前期試樁活動(dòng)所確定的填料的分層厚度、錘擊夯實(shí)次數(shù)、落錘高度等參數(shù)連續(xù)施工，即每一樁孔的填料、夯擊交替進(jìn)行，一次性分層回填夯實(shí)，不得出現(xiàn)停頓等待或隔天施工的情況以免降低灰土擠密樁樁體的承載能力，并均勻地夯擊直至高出設(shè)計(jì)標(biāo)高20cm～30cm為止。一般來說，在夯實(shí)的過程中，錘擊的聲音較為清脆說明達(dá)到了夯實(shí)效果。整個(gè)過程要求有專門的監(jiān)管人員對(duì)施工進(jìn)行24h的盯控，要對(duì)每根樁的施工過程完整準(zhǔn)確地進(jìn)行記錄，做好施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)交接工作的記錄，并保證記錄的真實(shí)性[1-5]。

4.3 事后質(zhì)量控制

事后質(zhì)量控制指的是對(duì)施工過程所形成的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制?；彝翑D密樁樁體形成后，要對(duì)主控項(xiàng)目和一般項(xiàng)目進(jìn)行檢查驗(yàn)收。主控項(xiàng)目包括對(duì)樁長(zhǎng)、地基承載能力、樁體及樁間土干密度、樁徑進(jìn)行檢查；一般項(xiàng)目包括對(duì)土料有機(jī)含量、石灰粒徑、樁位偏差、樁垂直度進(jìn)行檢查。檢測(cè)工作開展的主要目的就是為了能夠?qū)?、樁間土及復(fù)合地基承載能力進(jìn)行有效的判斷，評(píng)估其能否有效地滿足實(shí)際路基施工的具體需求。

5 結(jié)束語

采用灰土擠密樁處理濕陷性黃土可以有效地提高路基承載能力?；彝翑D密樁的施工質(zhì)量具有隱蔽性，為了保證施工質(zhì)量，需要全面合理地考慮人員、材料、施工機(jī)械、方法和環(huán)境等各方面的因素，并根據(jù)灰土擠密樁的施工技術(shù)要點(diǎn)，嚴(yán)格進(jìn)行事前、事中、事后質(zhì)量控制，為后續(xù)公路的建設(shè)提供長(zhǎng)久穩(wěn)定的保障。