淺析灰土擠密樁在公路濕陷性黃土路基中的應用

王星浩

（西峽縣公路管理局，河南 南陽 474550）

1 濕陷性黃土的基本特征

黃土是一種黃紅色、含鈣質的粘性土，其特性為滲透性、濕陷性等，不利于路基穩定。于公路建設來講，最關鍵在于是否存在濕陷性。在一定壓力作用下，黃土被水浸濕后，將迅速破壞土結構，并產生嚴重沉陷問題，這種情況下，被認為是濕陷性黃土。根據濕陷系數的大小，可確定黃土是非濕陷性黃土，還是濕陷性黃土。當濕陷系數＜0.015時，可認定為非濕陷性黃土；當濕陷系統≥0.015時，則認定為濕陷性黃土。由宏觀角度分析，濕陷性黃土的基本特征主要包括以下幾點：

1）濕陷性黃土的基本色調為“黃色”，可分為黃色、灰黃、棕黃等。

2）濕陷性黃土含鹽成分高，尤其是碳酸鹽。

3）石英、黏土礦物等均為濕陷性黃土的礦物成分，伊利石為黏土礦物的主要成分，化學成分中含量偏高的為劍突金屬鋁、鎂等。

4）濕陷性黃土內存在大量粉土顆粒，甚至高達60%左右。

5）濕陷性黃土孔隙比大，一般為1.0，基本上均為松散結構 狀態。

從微觀層面來講，結構單元、孔隙及膠結構為構成黃土的主要部分，黃土內粗粒粉偏多，大于0.05mm的砂顆粒含量很少，因此黃土的骨架構成主要為粗粉粒，在砂顆粒的表面附著有大量膠結物質，從而具備微結構特性。

2 濕陷性黃土常見處理方法

2.1 墊層法

墊層法也被稱為墊層置換法，主要就是通過開挖的方式將地基底部以下的濕陷性黃土范圍之內的所有軟土部分或者全部挖出，并且置換成為壓縮性比較小的砂、碎石、灰土、素土、粉煤灰、石灰粉煤灰、干渣等，這些置換的材料沒有侵蝕性，并且經過振實、碾壓之后就可以作為地基的持力層。對于建構筑物而言，在其中可能存在較多的震動設備，會產生附加的震動荷載，因此，墊層法是較為安全和較好處理效果的濕陷性黃土地基處理方法。

2.2 復合地基

復合地基主要指的是多種深層加固方法，通過樁和被擠密的樁間土構成的地基。和天然地基處理不同，也不屬于一般的樁基，而是屬于一種特殊的復合地基。一般主要可以分為幾下幾種類型：根據樁所用材料不同主要可以分為碎石樁和石灰樁等；按樁強度主要可以分為有柔性樁、半剛性半柔性樁（主要指水泥樁）和剛性樁（主要指鋼筋混凝土預制樁）。復合地基的樁體材料不同，施工方法不同，復合地基對于濕陷性黃土地基的處理效果也不同。在工程中應充分利用復合地基的效應，具體包括排水效應、樁體效應、墊層效應、擠密效應，同時應該避免各種不同形式破壞的發生。

2.3 擠密樁

擠密樁是一種人工復合地基，其本身屬于一種深層地基加固方法。主要就是利用沉管在地基當中形成樁孔，然后在樁孔內部填夯水泥石灰、灰土、粉煤灰、素土等材料，通過擠密的方式來加固地基。這種樁對于濕陷性黃土也有較好的處理效果，并且通過以土治土、就地取材可以有效縮短工期，整個施工的費用也較低，可以消除濕陷性黃土淺層以及深層部分或全部濕陷性。其中灰土樁和石灰粉煤灰樁可以運用在地下水位以上，處理深度大約為5—15m，含水量介于14%—23%的濕陷性黃土地基。如果主要目的是消除地基濕陷性，一般主要采用土樁；如果是為了消除濕陷性，降低壓縮性，提高承載力，一般采用灰土擠密樁。

3 工程概況

經地質勘查結果顯示，按地貌單元劃分某公路工程屬于黃河南(右)岸Ⅱ級階地，場地地層上部為第四紀風沖積—洪積碎屑沉積物，主要土質類型為填土、黃土狀粉土。通過試坑浸水試驗，12cm為自重濕陷量，由此可測得本路段為自重濕陷性黃土地質，且為II級濕陷等級，具有較差的土體物理力學性質。結合當地實際情況，決定采用灰土擠密樁進行濕陷性黃土地基處理。

4 灰土擠密樁的作用

19世紀30年俄羅斯首次使用素土樁法消除黃土濕陷性，主要采用樁體擠密原理，通過研究與改進逐步演變成灰土擠密樁。灰土擠密樁的作用主要如下：

1）樁體作用。灰土擠密樁形成的復合地基中，樁體具有較大剛度。在剛性基礎荷載作用下極易出現變形，并集中作用于樁體，相比之下，樁間土所承擔的荷載略少，減小原地基土的承載負荷，進而提升復合地基承載力，降低沉降。

2）墊層作用。樁和樁間土之間可形成一個復合土層，通過復合地基和上部墊層的相互作用，可構成一個雙層地基，從而同時承擔豎向荷載，實現分散作用力的效果。

3）排水固結作用。相比其他材料，灰土的抗滲能力強，當地表水浸濕墊層后，在灰土墊層的作用下，可避免下部土層受水浸濕。同時，在超孔隙水壓力作用下，利用樁體，可加快地基固結沉降速度。

4）擠密作用。灰土樁屬于擠密成孔類型，在成孔時，樁體原位土將被擠壓到側向，進一步減小顆粒之間的孔隙，提高密實度，加強樁間土的擠密作用。

5 灰土擠密樁施工應用要點

5.1 地基加固設計方案

1）確定加固類型。基于地質勘查報告分析，本工程具有8～12m厚的濕陷性黃土，加固時可采用14m長的擠密樁，0.4m為擠密樁鉆孔直徑，以正三角形布設。

2）確定擠密樁間距。根據長期實踐與理論研究可知，2～3D為擠密樁的擠密影響半徑（樁徑直徑由D表示），因此，可在0.8～1.2m之間控制擠密樁相鄰兩孔的間距，同時基于應力疊加效果考慮，最終確定0.9m為擠密樁相鄰兩孔的間距。

5.2 施工準備

施工前，需對土料實際含水率進行詳細檢測，一旦實際含水率大于最佳含水量±3%，則需及時調整含水率，嚴控土料含水率。石灰材料以塊徑小于5cm的新鮮生石灰為準，其中含石量需控制在5%以內。材料進場前，做好各項質量檢測工作，保證其質量合格的情況下，才能用于施工。按照施工現場情況，結合施工方案特點，需提前配備好施工設備，保證施工連續性，同時，要提前做好試機工作，避免施工中出現故障，影響施工進度和質量。

5.3 定位測量

在施工前，對施工場地進行清理和平整，以便于樁機的移機、 就位。

施工前，需先清理干凈施工作業面，保證無雜質。隨后進行初步平整，保證滿足施工作業需求，為后期樁機移動提供便利。同時，還要按照施工圖紙，做好定位、放樣工作。待基礎檢驗合格的情況下，即可進行樁位放樣。軸線測量與樁位放樣的精確度必須與設計要求相符。待樁機就位之后，需及時校正樁管的垂直度，保證樁尖、樁中心在同一條直線上，以此提高樁身施工垂直度的準確性。

5.4 樁位布置

本工程樁位布設以正三角形為主，布樁時，鉆孔直徑為0.4m，樁間距為0.9m并將白灰灌入，用于準確標準，同時進行樁位編號。按照國家現行標準規范，結合工程實際情況，可確定14m為地基處理深度。同時要保證處理后的地基承載力必須控制在180KPa以上。

5.5 沉管成孔

灰土擠密樁地基加固處理時，成孔是一個至關重要的環節，成孔質量將對灰土樁及復合地基的承載力產生很大影響。成孔施工前，需按照“輕擊慢沉”的原則，待樁管方向確定之后，便能以正常速度進行沉管施工，當達到設計深度時，拔出樁管，形成樁孔。

成孔后，通過夯實設備將孔底夯實，夯擊次數不得低于8擊，直至達到規定要求。孔內填料前，需先夯實孔底，可采用分段施工法，按照“由里到外、從中間向兩側”的順序間隔1～2孔進行回填夯實。隨后對樁孔直徑、深度、垂直度進行抽樣檢查，保證在1.5%以內控制樁孔垂直度偏差，樁孔中心點的偏差控制在樁距設計值5%以內。

5.6 樁孔石灰土填夯施工

填夯施工前，應先做好填夯試驗，準確確定各層填料數量與夯擊次數。通過試驗確定，每次回填厚度為300mm，夯擊次數在12擊以上，直至滿足設計要求，隨后夯實上一層填料，按照上述施工流程循環反復施工。最終保證灰土樁頂標高在設計樁頂標高5 cm以上。

5.7 特殊情況處理

第一，夯擊施工過程中，樁孔內存在滲水、涌水、積水情況，需及時將水從孔內排出。

第二，沉管成孔時，若遇到障礙物，需采取以下方法處理。探查時，可通過洛陽鏟，隨后將障礙物挖除，也可在其上面或四周進行樁數增加，從而提高局部處理深度，保證質量。當遇到未填實的坑洞時，由于其面積較小，不便挖除，需打通樁并在該范圍內增加樁數，也可從結構上采取一定處理方法。

第三，夯擊過程中，若遇到縮頸、堵塞、成孔難、孔壁坍塌等問題，應根據實際情況，合理采取處理方法。例如，含水量太大，存在嚴重縮頸問題，可將干砂、生石灰塊、碎磚碴等材料填筑于孔內。若含水量太小，需先浸水，保證其滿足最佳含水量規定值。

6 結束語

綜上所述，目前，處理公路濕陷性黃土的施工技術有很多，而灰土擠密樁施工技術因成本低、加固效果好等特點，被廣泛應用于我國公路濕陷性黃土的處理中，已日益成為廣大工程界人士的主要處理方式之一。采取灰土擠密樁法處治濕陷性黃土路基，可有效降低地基濕陷性，提高路基壓實度和強度，具有良好的施工效果。