濕陷性黃土路基灰土擠密樁施工質(zhì)量通病及防治措施*

徐 昕

蘭州博文科技學(xué)院（原蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院），甘肅 蘭州 730101

定西地區(qū)濕陷性黃土分布廣泛，其特點(diǎn)主要為孔隙率大，具有垂直節(jié)理，無(wú)明顯層理，當(dāng)干燥時(shí)較堅(jiān)硬，濕潤(rùn)時(shí)通常容易剝離和侵蝕，甚至濕陷。在該地區(qū)修建公路的主要問(wèn)題就是黃土濕陷造成的不均勻沉降導(dǎo)致路基沉降、路面開裂、邊坡失穩(wěn)等問(wèn)題，影響行車安全性和公路的正常使用壽命。文章以通定高速濕陷性黃土路基某高填方路段的灰土擠密樁施工為依托，分析灰土擠密樁施工質(zhì)量通病的預(yù)防及控制措施，以提高灰土擠密樁施工質(zhì)量，延長(zhǎng)道路使用壽命，為甘肅地區(qū)類似工程提供經(jīng)驗(yàn)和參考價(jià)值。

1 工程概況

通定高速公路位于甘肅省定西市，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，項(xiàng)目區(qū)屬隴中黃土高原丘陵壑區(qū)，區(qū)內(nèi)黃土廣泛覆蓋，溝壑縱橫，地形地貌較為復(fù)雜，其中此次所選為通定高速第3合同段ZK61+760～ZK61+860高填方路段，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 灰土擠密樁施工工藝

灰土擠密法即利用錘擊將鋼管打入路基中，通過(guò)管壁與側(cè)向路基擠壓成孔，拔出管后，在孔內(nèi)填入拌和好的灰土夯擊密室，使樁體與路基形成整體，組成復(fù)合地基，以承受上部填土及車輛行駛過(guò)程中的荷載。

2.1 灰土擠密樁施工工藝流程

灰土擠密樁施工工藝的主要流程如下：測(cè)量放樣—樁基就位—成孔—樁基移位—夯實(shí)機(jī)具就位—灰土拌和—夯填—成樁—相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)。

2.2 樁位布置

為了確保樁位置的準(zhǔn)確無(wú)誤，施工前采用GPS進(jìn)行樁體放樣，按照?qǐng)D紙中的布置要求，每個(gè)樁體中心插入竹片，以竹片為中心向外20cm畫圓，并用紅油漆標(biāo)注樁徑，樁間距為1.2m，呈梅花形布置。

2.3 施工工藝

（1）樁機(jī)就位。機(jī)械就位前檢查液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、灰土拌和裝置是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，并在路基上設(shè)置樁基作業(yè)平臺(tái)，樁基就位后才由全站儀檢查鉆桿的垂直度，控制在±1.5%以下。

（2）成孔工藝。樁基就位后將鉆桿提升至設(shè)計(jì)高度，按照放樣好的樁位采用沉樁機(jī)把同樁徑的鋼管打入孔內(nèi)。打入0～1m時(shí)要緩慢打入，同時(shí)采用全站儀進(jìn)行垂直度復(fù)測(cè)，復(fù)核設(shè)計(jì)要求后，快速打入設(shè)計(jì)深度，關(guān)閉機(jī)械停滯1～2min后開始勻速、緩慢拔出鉆桿。成孔后立檢查孔壁是否完整、存在塌孔現(xiàn)象，清理孔底虛渣，并檢查樁位、樁徑、樁長(zhǎng)、垂直度是否滿足設(shè)計(jì)要求。成孔后采用木板將孔口覆蓋，防止雜物掉入孔內(nèi)。打孔時(shí)的注意事項(xiàng)如下：①隔孔跳打，防止相鄰孔位鉆孔時(shí)塌孔；②打入時(shí)速度緩慢，并檢測(cè)垂直度，防止因速度過(guò)快造成偏位；③成孔后緩慢拔出，防止因拔出過(guò)快擾動(dòng)孔壁，造成塌孔。

（3）灰土混合料的拌和。拌和前對(duì)土壤進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，如含水率、粒徑等。灰土拌和采用專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行，統(tǒng)一配送到施工現(xiàn)場(chǎng)。拌和時(shí)先加入土，再加入消解的石灰，攪拌時(shí)確保土和石灰充分混合。拌和完成后立即覆蓋篷布運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。灰土拌和的注意事項(xiàng)如下：①石灰采用消解后的熟石灰，要求粒徑控制在5mm以下，嚴(yán)禁采用未消解的生石灰，防止因遇水膨脹，破壞路基；②攪拌時(shí)不得少于3min，攪拌過(guò)程應(yīng)勻速進(jìn)行；③根據(jù)配合比嚴(yán)格控制土和石灰的比例，一般為3∶7或2∶8。

（4）灰土回填夯實(shí)成樁。灰土拌和完成后，采用自卸汽車覆蓋篷布運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，防止因運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，水分蒸發(fā)。樁孔回填采用從底向頂部分層回填夯實(shí)，每層回填厚度控制在25cm，夯實(shí)過(guò)程中落錘高度不得小于2m，每層夯實(shí)不得少于10次，施工完成后檢測(cè)灰土擠密樁的實(shí)測(cè)項(xiàng)目。

（5）5%灰土墊層、5%水泥穩(wěn)定砂礫。橋頭（涵側(cè)）、特殊路基處理段落在樁頂標(biāo)高以上設(shè)置50cm厚的5%灰土墊層，墊層頂面高出原地面20cm，其壓實(shí)度不小于96%，墊層施工前，原地面壓實(shí)度不小于93%；擋墻基底處理段落在樁頂標(biāo)高以上設(shè)置50cm厚的5%水泥穩(wěn)定砂礫，以保證樁土共同承擔(dān)荷載，更好地形成復(fù)合地基。

3 灰土擠密樁施工質(zhì)量通病及防治措施

灰土擠密樁法適用于濕陷性黃土路段的新填路基、新舊路銜接處、出現(xiàn)病害的舊路基處理，以及含水率偏大的軟弱地基等，上述路段經(jīng)過(guò)灰土擠密樁施工處理后，消除了黃土的濕陷性，將路基固結(jié)為一個(gè)整體，其承受上部結(jié)構(gòu)層壓力及交通荷載的能力提高約1.5～2倍。該方法相較于其他特殊路基處理方法提高了施工效率，降低了工程造價(jià)，提升了工程質(zhì)量。但在施工過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)塌孔、樁體斷裂等質(zhì)量通病，原因有很多，如施工工藝、操作人員的疏忽、施工機(jī)具老化、灰土拌和質(zhì)量、外界環(huán)境影響等。

3.1 灰土擠密樁縮孔或塌孔防治措施

灰土擠密樁在夯擊夯打成孔后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)塌孔或者縮孔現(xiàn)象，給工程帶來(lái)諸多不便，輕者進(jìn)行擴(kuò)孔，重者回填重新打孔，因此在施工過(guò)程中應(yīng)予以高度重視，避免縮孔或塌孔的問(wèn)題發(fā)生。

（1）縮孔或坍孔原因分析。在灰土擠密樁施工的過(guò)程中，產(chǎn)生縮孔或坍孔的原因主要有以下方面：①灰土擠密樁施工前未確定合理的打孔順序，比如相鄰孔位打孔時(shí)，已成孔位受到施工孔位的側(cè)向壓力造成縮孔或塌孔現(xiàn)象；②成孔后未及時(shí)回填灰土夯實(shí)，受其他孔施工的振動(dòng)干擾，造成塌孔；③施工部位地基土含水率較大，土體不穩(wěn)定，成孔后造成塌孔；④成孔后遇到人為破壞而形成的塌孔。

（2）預(yù)防措施及處理方法。①灰土擠密樁施工前應(yīng)根據(jù)夯機(jī)的能量大小、樁徑、樁長(zhǎng)、對(duì)土體的擾動(dòng)范圍等明確合理的打孔順序，一般情況下，應(yīng)遵循“隔行跳打，先奇后偶”的原則，打入時(shí)應(yīng)緩慢，打入2m后加快速度，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后應(yīng)靜置數(shù)分鐘，勻速提升鉆桿。②成孔后進(jìn)行相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢測(cè)，合格后立即進(jìn)行灰土填筑，從下向上分層填筑、夯實(shí)，夯實(shí)厚度、落錘高度、夯擊次數(shù)應(yīng)按照試驗(yàn)段總結(jié)得出的結(jié)論進(jìn)行確定。③針對(duì)成孔后地基含水率較大的問(wèn)題，可采取物理方法降水，如呈現(xiàn)流塑狀，樁體無(wú)法成型，也可采用井點(diǎn)降水的方法進(jìn)行處理。如呈現(xiàn)塑狀，樁體可以成型，可適當(dāng)撒石灰，鋪設(shè)隔水層等方法降低樁內(nèi)含水率，然后迅速進(jìn)行灰土填筑。④成孔后遭遇人為破壞的現(xiàn)象有很多，如責(zé)任心不強(qiáng)，成孔后未做明顯標(biāo)記而被外界破壞、機(jī)械保養(yǎng)不到位、工序銜接不緊湊，灰土拌和速度跟不上等。

3.2 灰土擠密樁樁體松散及斷裂

灰土擠密樁施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)樁體松散及斷裂現(xiàn)象，不能有效地將周圍土體擠壓成一個(gè)整體，受力不均勻，導(dǎo)致相關(guān)實(shí)測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)不合格，反射到路面結(jié)構(gòu)層導(dǎo)致路面出現(xiàn)不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響行車安全。

（1）樁體松散及斷裂的原因分析。產(chǎn)生樁體松散或斷裂的主要原因如下：①灰土拌和中生石灰未完全消解，填筑在孔內(nèi)吸收水分后生石灰熟化膨脹，將原本夯實(shí)的樁體破壞，造成松散；②施工過(guò)程未按照試驗(yàn)段總結(jié)方案進(jìn)行，如夯實(shí)次數(shù)、分層填筑厚度、落錘高度、回填速度、夯擊能量、填料數(shù)量等；③灰土拌和質(zhì)量較差，造成樁基松散或斷裂，如灰土用量、原狀土的含水率、拌和的均勻程度等；④人為因素造成的樁體斷裂，如施工過(guò)程不連續(xù)、灰土拌和中斷等。

（2）預(yù)防措施及處理方法。①生石灰的遇水會(huì)產(chǎn)生熱并且膨脹（體積增加1～2.5倍），熟化期一般為15d。灰土拌和時(shí)盡量在場(chǎng)區(qū)內(nèi)完成并集中配送，拌和前先進(jìn)行石灰的熟化，待石灰完全熟化后再和土進(jìn)行拌和。②施工前應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)段實(shí)施方案確定施工參數(shù)，填料前進(jìn)行清孔，填筑時(shí)應(yīng)自下而上分層填筑、夯實(shí)，回填前因根據(jù)樁徑、每次填筑高度計(jì)算回填量，每層厚度控制在25cm以下；落錘高度控制在2m范圍，過(guò)高夯擊能量較大，破壞相鄰孔位的受力結(jié)構(gòu)，過(guò)低夯擊能量不足易造成樁體松散或斷樁現(xiàn)象；夯擊次數(shù)應(yīng)控制在10次左右，夯擊次數(shù)過(guò)多或過(guò)少出現(xiàn)的情況與落錘高度基本相同；回填速度應(yīng)控制在0.1m/min，避免速度過(guò)快造成欠夯，速度過(guò)慢造成過(guò)夯。③灰土拌和嚴(yán)重影響樁體的質(zhì)量，拌和前先進(jìn)行土體的含水率檢測(cè)，含水率過(guò)大時(shí)要進(jìn)行翻曬，含水率較小時(shí)要進(jìn)行適當(dāng)灑水。拌和時(shí)采用稱重系統(tǒng)嚴(yán)格控制土和石灰的重量，一般采用3∶7或2∶8，拌和時(shí)間應(yīng)控制在3min，使土和石灰充分拌和，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后可根據(jù)“手捏成團(tuán)，落地花”判斷含水量是否合適。④若施工人員責(zé)任心不強(qiáng)，施工過(guò)程中產(chǎn)出不可抗力的中斷也會(huì)導(dǎo)致灰土擠密樁樁體斷裂或松散。在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)組織管理工作，避免因夯擊次數(shù)過(guò)多、夯擊機(jī)具損壞、拌和系統(tǒng)中斷等造成的斷樁。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然灰土擠密樁在處理濕陷性黃土路基時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些質(zhì)量通病，但只要施工單位加強(qiáng)對(duì)灰土擠密樁施工技術(shù)的鉆研，提升施工方面的管理水平，就能在最大程度上克服種種不利影響，保證灰土擠密樁的路基加固效果，降低濕陷性黃土路基發(fā)生不均勻沉降的可能性，保證道路的正常使用。