濕陷性黃土地基柱錘沖擴樁施工工藝應用

亢 劍

（中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

濕陷性黃土是一種特殊性質的土，在一定的壓力下，下沉穩定后，受水浸濕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉，對建筑物危害性大。因此，在濕陷性黃土場地上進行建設，應根據濕陷性黃土的特點和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，目的主要是通過消除黃土的濕陷性，提高地基的承載力。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工點為低山丘陵區，地形起伏較大；線路以淺路塹通過，地勢較為平坦。

1.2 工程地質情況

地層分布為：新黃土：黃褐色，堅硬～硬塑，層厚8.5～15 m，垂直節理發育，針狀空隙發育，具濕陷性，σ0=130 kPa，局部夾粗圓礫土；圓礫土：青灰色，稍濕，稍密，礫石主要成分為灰巖、砂巖、硅質巖等，呈渾圓狀，σ0=300 kPa；老黃土：褐紅色，堅硬～軟塑，層厚20～24.50 m，局部含少量粗砂及細礫石，σ0=200 kPa。

1.3 設計概況

地基處理采用柱錘沖擴樁，樁徑0.4 m（分層填料夯擴后樁徑不小于0.5 m），間距0.9～1.0 m，正方形布置，樁長13～16 m不等。樁身材料采用水泥土混合料，填料水泥摻入量應不小于8%（重量比），樁間土經成孔擠密后的平均擠密系數不應小于0.93，4個孔之間土的最小擠密系數不小于0.88，樁體內的平均壓實系數不應小于0.95，成孔擠密后的樁間土濕陷系數小于0.015，復合地基承載力不小于250 kPa。

2 柱錘沖擴樁工藝性試樁

2.1 試樁目的

一是通過試驗段復核現場實際地質與設計地質是否相符；二是選用的鉆機型號是否適合該地質情況的柱錘沖擴樁施工；三是對柱錘沖擴樁施工工藝的驗證；四是驗證處理后的樁間土密實度，是否消除濕陷性。

2.2 地質復核及工藝選擇

首先現場進行了地質鉆探復核，鉆探結果顯示，在設計樁長范圍內，自上而下的土層分布情況與設計提供的地質資料基本一致。考慮到上層黃土的平均天然含水量在12%～19%，且附近無建筑物，樁長均在16 m以內，現場初步確定采用落錘沉管法擠密成孔，此方法優于預鉆孔工藝，同時相比長螺旋鉆機施工可以降低施工成本。

2.3 成樁工藝

2.3.1 試樁布置

工藝性試樁共設4根（樁間距均為1 m），選定在毗鄰正線的線外區域進行，其樁位布置見圖1。

圖1 樁位布置圖（5號孔為樁間土擠密系數檢測）

2.3.2 成孔工藝

成孔采用落錘沉管法擠密成孔，由DD25型導桿式柴油沉樁錘，樁架高15 m。樁管由Ф377 mm無縫鋼管制成，在樁頭處加箍至Ф420 mm樁尖帶有活動樁尖，拔管時可透氣。樁孔夯填采用柱錘打樁機，夯錘直徑28 cm，錘重4.2 t。成孔后清底夯實、夯平，夯實次數不小于8擊（落距3 m），以提高樁端土層的密實性。對成孔進行孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深檢查，合格后進行下道工序施工。成孔時地基應接近最佳含水，當土的含水量低于10%時，應對處理范圍地基土進行增濕處理。

2.3.3 水泥土拌制

水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥土配合比為水泥∶干土=8∶100，水泥土最大干密度為1.70 g/cm3，最佳含水率為15.7%。水泥土拌制采用WDT-180型穩定土拌和機集中拌制，保證水泥土的配比計量，在拌和過程中，控制水泥土的含水量接近最優含水量。土料中有機質含量不得超過2%，不得含有凍土或膨脹土，使用時應過10～20 mm篩，混合料的含水量滿足最優含水量，允許偏差不得大于±2%。同時，水泥土拌制要求隨拌隨用，已拌成水泥土不得超過4 h或隔夜使用。

2.3.4 水泥土回填夯實

樁孔夯填采用柱錘打樁機，夯錘直徑28 cm，錘重4.2 t，落距2 m。填料采用小推車計量，回填7車的虛填厚度約為1 m，4個樁每虛填1 m夯實次數分別為3擊、4擊、5擊、6擊，以確定最佳的夯擊次數。樁頂夯填高度應大于設計樁頂高度0.2 m，墊層施工時應將多余的樁體鑿除，樁頂應水平。

施工工藝流程圖見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

3 柱錘沖擴樁試樁檢測

（1）樁體內壓實系數檢測：在全部孔深內每2 m采用鉆機取樣測定干密度，檢測點的位置在孔心附近。檢測結果顯示4根樁的壓實系數，見表1。

表1 4根樁的壓實示數

（2）樁間土處理效果檢測：在樁間土成孔擠密形心（5號孔）位置，按成孔擠密深度采用鉆機每2 m取樣進行濕陷性試驗，經實際檢測，其平均擠密系數為0.95，且4個孔之間土的最小擠密系數為0.89，形心處樁間土濕陷性系數均小于0.015，濕陷性消除或降低，符合設計要求。

（3）復合地基承載力檢測：采用靜載試驗，試驗壓板采用圓形鋼板，壓板面積1.0 m2。經現場檢測該區域地基土承載力特征值不小于250 kPa，滿足設計要求。

（4）通過試樁試驗，所選的機械設備，施工工藝能夠滿足施工質量的要求，并確定了夯填時每虛填1 m錘擊5次（錘重4.2 t，落距2 m）的施工參數。

4 施工注意事項

（1）成孔宜在地基土接近最優(或塑限)含水量時進行。當土的含水量低于12%時，特別是在整個處理深度范圍內的含水量普遍很低時，宜對擬處理范圍內的土層進行增濕。增濕處理應在地基處理前4～6 d內，將需增濕的水通過一定數量和一定深度的滲水孔，均勻地浸入擬處理范圍內的土層中。

（2）施工過程中，應做好成孔及回填夯實施工記錄。如發現地基土質與施工圖不符，應立即停止施工，待查明情況或采取有效措施處理后，方可繼續施工。

（3）雨季或冬期施工，采取防雨或防凍措施，防止灰土和土料受雨水淋濕或凍結。水泥土拌制根據回填要求隨拌隨用，已拌成水泥土不得超過6 h或隔夜使用，被雨水淋濕、浸泡的水泥土嚴禁使用，按作廢處理。

5 結束語

（1）重錘沉管機施工，成孔垂直度好，成孔工藝簡單，成孔過程中對樁間土進行擠密，地基處理效果最佳，缺點是地基處理深度受限。柱錘沖擴樁工藝較適用于天然含水量不大于24%、飽和度不大于65%的地層。

（2）柱錘沖擴樁處理濕陷性黃土地基需要通過工藝性試驗確定施工工藝，現場可以通過調整不同柱錘重力、落距調整夯能進行比較，進一步提高處理效果，降低施工成本。

（3）對比長螺旋鉆機和機械洛陽鏟成孔，重錘沉管法在成孔過程中對樁間土進行1次擠密，夯擴過程中進行兩次擠密，樁間土的擠密系數優于其他兩種工藝，在天然含水量和飽和度較小的地層、對附近建筑物沒有影響的地段應優先考慮重錘直接夯擊成孔工藝。

[1]鐵建設［2010］241號.高速鐵路路基工程施工技術指南.北京：中國鐵道出版社，2011.

[2]高速鐵路路基設計與施工.北京：中國鐵道出版社，2008.

[3]劉好正.擠密樁復合地基在濕陷性黃土地基處理中的應用［J］.鐵道標準設計，2010（10）.