灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應(yīng)用

安月川

（河北高速公路集團有限公司廊坊分公司，河北廊坊 065099）

1 引言

高速公路屬于高等級公路類型，施工難度大，里程長，且技術(shù)要求較高，隨著交通運輸事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，高速公路建設(shè)有了更高的要求。 高速公路路基工程中， 常會遇到黃土路基，通常情況下黃土路基具備典型的濕陷性、膨縮性以及敏感性等，長時間荷載作用下黃土路基容易產(chǎn)生沉降變形，影響整體公路的施工質(zhì)量[1]。 對于濕陷性黃土路基，采用灰土擠密樁施工技術(shù)可進(jìn)行有效的處理，與原路基土體形成復(fù)合式結(jié)構(gòu)，極大地提高路基整體的穩(wěn)定性。

2 濕陷性黃土的工程特性

濕陷性黃土為一類欠壓實土體，其未能達(dá)到飽和狀態(tài)，導(dǎo)致內(nèi)部孔隙率較大，相對干密度較小，呈濕陷性特征，如圖1所示。 濕陷性黃土工程特性具體如下。

圖1 濕陷性黃土結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 濕陷性

多數(shù)濕陷性黃土內(nèi)部含有易溶鹽， 當(dāng)濕陷性黃土受地表水侵蝕時，易溶鹽與水接觸后會在短時間內(nèi)溶解，從而降低了黃土顆粒之間的膠合作用，導(dǎo)致土體的穩(wěn)定性降低[2]。 受到侵蝕的黃土中會有一部分向下沉積， 與下層土粒形成較大牽引力，使得黃土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加疏松，呈蜂窩狀，在地表水的進(jìn)一步侵蝕下其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)不斷擴大，最終呈現(xiàn)濕陷性。

2.2 膨縮性

濕陷性黃土容易受到積水的侵蝕而產(chǎn)生超正常狀態(tài)的膨脹反應(yīng)，而當(dāng)水分發(fā)生蒸發(fā)干燥時，此時又會發(fā)生收縮現(xiàn)象。在膨脹和收縮不斷作用下，濕陷性黃土內(nèi)外部會產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而降低黃土的整體穩(wěn)定性[3]。

2.3 敏感性

濕陷性黃土對含水量有較大的敏感反應(yīng)， 當(dāng)水量超出控制標(biāo)準(zhǔn)后，濕陷性黃土?xí)a(chǎn)生翻漿現(xiàn)象，而當(dāng)含水量低于控制標(biāo)準(zhǔn)時，則因土壤過干而存在揚塵問題。

3 灰土擠密樁的施工原理及作用

灰土擠密樁技術(shù)主要施工原理為按照設(shè)計的配比（一般為2∶8 或3∶7）將素土和石灰進(jìn)行均勻拌和，結(jié)合分層夯實的方式將拌制好的灰土填入孔洞內(nèi)， 在擠密成孔的過程中會不斷將孔內(nèi)土體向外排出，樁間土體密度不斷提高，進(jìn)而夯實城完整的樁體結(jié)構(gòu)，起到共同抵御外界荷載的作用。 灰土擠密樁復(fù)合地基的主要工程作用如下。

3.1 樁體的作用

復(fù)合地基樁體的整體剛度較大， 當(dāng)剛性基層承受荷載作用時，產(chǎn)生的變形主要集中樁體之上，樁間土層所承受的荷載相對較小，減少了地基土所需承受的荷載，復(fù)合地基較原地基承載力提高，并且減少了沉降量[4]。

3.2 墊層的作用

樁體與樁間土之間形成了復(fù)合地基， 同時與上部墊層形成雙層地基，可共同承擔(dān)荷載并分散作用力。

3.3 擠密作用

灰土樁在成孔過程中，樁間土受到擠壓，土顆粒間的孔隙變小，體層密實度變大，另外，結(jié)合石灰的吸水發(fā)熱膨脹作用，可進(jìn)一步起到樁間土擠密的作用。 具體原理為：樁體深入土體內(nèi)部后使得地基土層劃分為樁端土與樁間土兩部分，其中，樁端土在經(jīng)過擠壓作用后發(fā)生橫向和豎向位移， 直接改變了原土層的結(jié)構(gòu)特性， 樁體側(cè)邊土體在沉管沉降作用下會出現(xiàn)擠密流動，此時樁尖位置的土體朝四側(cè)擠壓，最終使得樁邊土體的密實度不斷增大，并伴隨著土體的濕陷性變低。 結(jié)合擠密作用效果各樁體樁間土體密度會變大， 此時降低了土層各粒徑顆粒的空隙， 同時石灰和土層中的水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后會促進(jìn)土層的固結(jié)，最終構(gòu)成結(jié)構(gòu)與強度穩(wěn)定的圓柱形樁體結(jié)構(gòu)，與土體形成復(fù)合型地基。

4 工程概況

某高速公路全線共長98.310 km，按照雙向四車道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計行車速度為80 km/h，路基寬度為26.5 m，橋隧比約為67.8%。 經(jīng)地質(zhì)勘察得出，該高速公路路線范圍內(nèi)存在濕陷性黃土，具有較強的保水性和膨脹性，若不對其進(jìn)行加固處理容易導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉降變形。 經(jīng)研究，施工單位擬采用灰土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土路基加固處理， 并對其施工技術(shù)要點進(jìn)行研究分析。

根據(jù)室內(nèi)試驗來對施工現(xiàn)場的黃土濕陷類型進(jìn)行評價，通常規(guī)定為自重濕陷量小于或等于70 mm 時， 應(yīng)當(dāng)判定為非自重濕陷性黃土地基，反之當(dāng)自重濕陷量大于70 mm 時，則應(yīng)判定為自重濕陷性黃土地基。 結(jié)合室內(nèi)壓縮試驗，采用鉆芯取樣的方式測得實際的自重濕陷量，以評價實際的濕陷類型。

5 灰土擠密樁施工技術(shù)要點

5.1 施工準(zhǔn)備

施工技術(shù)人員提前對所在施工場區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場測量放樣，場區(qū)內(nèi)存在的雜物、垃圾以及廢料需及時予以清除，多余土體也需徹底挖除，并借助平地機完成表層土體的整平，選用灑水車進(jìn)行現(xiàn)場灑水清掃。

5.2 樁位布置

樁位按照正三角形進(jìn)行設(shè)置，按照參照物布置樁點（縱軸為路線走向，橫軸確定為路基橫斷面），并對各樁位進(jìn)行編號。

5.3 生石灰消解

灰土擠密樁的主要原材料為熟石灰，用量較大，會影響周邊環(huán)境，同時還會占用較多的施工場地，需采用專門的消解設(shè)備進(jìn)行處理，本項目選用石灰粉碎消解機進(jìn)行施工。

5.4 拌和灰土

灰土的配比需通過嚴(yán)格的室內(nèi)試驗確定，本項目選用3∶7的灰土比例，同時控制好灰土的含水量，一般控制在16%左右為宜，這樣能確保灰土的整體固結(jié)性良好，不輕易發(fā)生松散。

5.5 成孔施工

首先進(jìn)行室內(nèi)成孔擠密試驗， 根據(jù)試驗結(jié)果評價擠密效果，再制訂合理的設(shè)計方案，一般設(shè)定3 個及以上的成孔進(jìn)行試驗，以提高試驗精確度。 結(jié)合試驗過程總結(jié)施工方案，為后續(xù)施工提供參考。 成孔擠密施工常用的方法有爆擴法、 沉管法、沖擊法等，結(jié)合不同的土質(zhì)特性和地質(zhì)條件來選擇合適的成孔方式。 選定沖擊法進(jìn)行成孔施工，將沉管機運輸后固定，保持樁身位置統(tǒng)一，垂直度校核至誤差在1.5%以內(nèi)，待樁尖進(jìn)入土層后再降低夯擊。

5.6 填料拌和及運輸

按照設(shè)計的配合比選定各施工材料的摻量和用量， 將各材料均勻拌和，顏色不得出現(xiàn)較大變化，同時在拌和過程中摻加適量的水分，保持與最佳含水量相差不大于1%，含水量過大時會出現(xiàn)花白料等問題的產(chǎn)生。 填料拌和完畢后采用專門的運輸車進(jìn)行運輸，運輸過程中做好各種防護措施，保證溫度和水分散失過快，影響材料的正常使用。

5.7 樁孔填夯

按照設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)對孔徑、垂直度等指標(biāo)進(jìn)行檢查，確保成孔質(zhì)量。 為了減少施工中的縮孔現(xiàn)象，應(yīng)對孔底進(jìn)行夯實，并將虛土進(jìn)行處理，確定最佳夯擊次數(shù)。 按照設(shè)計要求進(jìn)行夯填施工，分層回填填料，每一層的厚度不得大于400 mm[5]。在樁孔中采用量斗進(jìn)行下料處理，使得標(biāo)高設(shè)計滿足規(guī)范。 在夯實過程中夯實機不得隨意傾斜和移動， 施工技術(shù)人員及時記錄相關(guān)施工參數(shù)，為后續(xù)監(jiān)理驗收提供參考。 樁體成型后及時檢測樁體質(zhì)量，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)處應(yīng)及時修改。

5.8 養(yǎng)護

灰土擠密樁成型后加鋪塑料薄膜對其進(jìn)行養(yǎng)護， 養(yǎng)護周期一般為7 d 左右[6]，保持濕度變化不能過大，同時結(jié)合交通運輸部門做好交通管制， 養(yǎng)護期間嚴(yán)禁不必要的車輛行人進(jìn)入，破壞施工現(xiàn)場。

5.9 灰土擠密樁施工質(zhì)量檢測

對該高速公路濕陷性黃土路基采用灰土擠密樁處理后，通過鉆芯取樣的方式得到路基試樣后進(jìn)行室內(nèi)載荷試驗，以評價處治后的路基土的濕陷性和承載力[7]，檢測結(jié)果見表1。 然后對灰土擠密樁施工前后路基土體物理力學(xué)性能進(jìn)行對比（見表2）。 結(jié)果表明，采用灰土擠密樁技術(shù)可有效提高濕陷性黃土路基的穩(wěn)定性和承載能力， 且無明顯沉降變形現(xiàn)象。

表1 灰土擠密樁靜載荷檢測結(jié)果

表2 路基物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測結(jié)果

6 結(jié)語

濕陷性黃土路基在高速公路建設(shè)過程中較為常見，本文基于濕陷性黃土路基的工程特性， 提出采用灰土擠密樁施工技術(shù)對其進(jìn)行處置， 對灰土擠密樁施工技術(shù)要點進(jìn)行分析。 研究結(jié)果表明，采用灰土擠密樁施工技術(shù)可有效改善濕陷性黃土路基工程特性，提升路基結(jié)構(gòu)的強度、承載力和穩(wěn)定性， 應(yīng)用在濕陷性黃土路基處理中具有較高的可行性和實用性。