淺談灰土擠密樁在濕陷性黃土地區高填方路基施工中的應用

徐昕，王國靖

（1.蘭州博文科技學院，甘肅 蘭州 730101；2.中交一公局集團通定高速總承包部，甘肅 定西 743000）

濕陷性黃土路基施工的方法多種多樣，如強夯法、換填法、灰土擠密樁法等，相比其他工藝，灰土擠密樁施工技術被廣泛應用，有益于公路建設的迅猛發展。甘肅省定西市地處絲綢之路經濟帶與甘肅西部陸海新通道交匯點，2020年8月，大力推進“一城兩港兩中心”建設，但因該地區濕陷性黃土分布十分廣泛，修建公路的關鍵問題就在于解決黃土遇水濕陷而引發的不均勻沉降問題，如何有效治理沉降問題且達到快速施工的要求，也是定西交通運輸發展及“一城兩港兩中心”建設的基礎保障。

1 濕陷性黃土治理的發展

濕陷性黃土治理的發展過程共計經歷了3個提升階段，第一階段為萌芽階段，針對濕陷性黃土路基主要靠人工夯實，施工速度慢，處理效果差，施工方法單一，理論研究不深入，處理完成后存在較大的質量隱患，主要代表為陜西地區在土樁法的基礎上試驗研究灰土擠密樁用以解決雜填土的深層處理問題；第二階段為飛速發展階段，地基處理引進了新工藝、新設備、新材料，該階段大大提高了施工效率，有效降低了施工質量風險，主要代表為利用灰土擠密樁施工擴孔對周邊土體及超空隙水壓力的產生和消解進行計劃，分析樁體受力情況；第三階段為世界引領階段，國內建設者攻克了黃土路基處理的諸多難題。

2 濕陷性黃土的特點

因黃土中含有大量鈣質或黃土結核，多孔，垂直節理，無明顯層理，干燥時堅硬，水分較濕時，容易剝離和侵蝕，甚至濕陷，易造成不均勻沉降從而導致路基整體失穩、邊坡開裂、路面不均勻沉降等問題，影響車輛行駛的舒適性，嚴重時危及行車安全，故一直以來濕陷性黃土都是影響和困擾公路建設的關鍵性問題。

通定高速項目屬于隴中黃土高原丘陵壑區，具有黃土覆蓋廣泛、溝壑縱橫、地形地貌復雜、黃土濕陷性等級不均勻的特點，結合該工程項目現場施工情況，總結濕陷性黃土的特點主要表現為以下幾點：

（1）滲透性。黃土的粒徑以粉粒為主，粘粒的含量不大，故黃土的滲透性也較強。不同地區黃土的孔隙比、顆粒形狀與大小、礦物成分與含量以及土的結構組成都會影響黃土的滲透性，只有黃土經過壓實后，即破壞了其大孔構造后，透水性才能大大降低，從而減小不均勻沉降的發生程度。

（2）崩解性。黃土遇水膨脹，干燥時則收縮，長期如此會使黃土發生崩解。不同種類的黃土崩解性有一定的差異，通定項目所在地域主要以老黃土為主，要經過一定時間才會全部崩解。無論時間長短，這樣的特性都會為路基病害的產生埋下隱患。

（3）濕陷性。濕陷性黃土中有一定含量的水溶鹽和礦物質，受水浸濕后，鹽類的長期溶解和析出，使得土的穩定結構發生破壞，且遇水時，土體強度顯著降低，在飽和自重壓力或附加壓力和自重壓力的共同作用下，往往具有突然下沉的性質。若對濕陷性黃土地基不作處理，直接填筑路基，在上部路基結構、行車荷載、自然因素等綜合因素作用下，勢必會發生路基沉降、路面結構層開裂等各種病害問題。

3 灰土擠密樁的加固機理

濕陷性黃土路基容易產生各種問題，其根源為路基底部的濕陷性黃土疏松結構、孔隙率大，具有垂直節理，遇水會濕陷，易發生結構破壞，即濕陷性黃土地基本身的承載能力較差。要想提高其承載能力，就需要將土體疏松結構轉變為密實結構。在眾多施工方法中，灰土擠密樁施工方法對于土體形成密實結構非常有效。

灰土擠密樁是借助錘擊、沖擊等方式，將一定尺寸的特制鋼管打入需要處理的濕陷性黃土地基中，使土體側向擠密，在地基中形成孔道，隨后將鋼管拔出，在樁孔道中分層回填并進行夯實，回填的填料可以根據公路沿線的料場分布或填料供應情況，選擇適合工程實際的、較為經濟的素土、灰土、水泥土等，此時回填形成的樁體與樁間被擠密的土體共同形成了復合地基，該復合地基可以承受上部路基路面結構荷載及反復地形成荷載。通過灰土擠密樁處理后，便大大提高了地基本身的承載能力，同時，也使得路基結構更加穩定。

4 灰土擠密樁的特點及試驗參數

4.1 擴孔擠密特點

樁基就位后，在已進行測量放樣的段落處開始鉆孔，灰土擠密樁將鉆桿打入土體內，將原有土體結構破壞，形成擠密效果。針對土體性質不同，擠密效果也各不一樣。對于滲透系數強的黃土，擠密效果最好，通過試驗檢測，樁間土強度相比其他工藝提高了15%～60%。

4.2 吸水、升溫和膨脹作用

甘肅通定項目對某段高填方段落地基進行了含水率檢測（如圖1、圖2），檢測數據如表1。

表1 不同深度處土層含水率

圖1 鉆孔取樣

圖2 含水率測定

生石灰具有極強的吸水作用，且吸水后放出大量的熱。石灰吸水放出的熱量，使土體產生氣化脫水現象，路基土體內含水率下降，且穩定固化，大大提高了路基整體穩定性，且生石灰水化時體積膨脹，石灰樁在封樁較好時，石灰樁體積膨脹可對樁間產生巨大的擠壓力。

4.3 膠凝、離子交換和碳化作用

樁體本身采用石灰和原狀土拌和而成，石灰與水反應形成鈣的固體化合物，其抗壓強度遠超于路基主體，樁體與路基形成整體受力結構，大大提升了施工質量，提高了路基整體穩定性，延長了公路使用壽命。

4.4 置換作用

在地基中設置一定強度和剛度的樁置換軟的土，形成復合地基可以提高地基承載力和改善變形特性。

5 通定高速灰土擠密樁施工技術控制要點

（1）施工前應熟悉圖紙，充分了解施工現場地質條件，繪制平面布置圖，對場地進行整平，并根據設計圖紙進行測量放樣，用白色石灰標記出樁位。試驗人員提前做好灰土的標準擊實試驗，確定最佳含水率，調整好現場素土的含水率，確保拌和后的灰土控制在最佳含水率范圍內，達到質量最佳的效果。

（2）樁基就位后，按照測量放樣的點位對準，并檢查鉆桿的豎直度，合格后開始打孔，鉆頭剛打入時，速度稍慢，控制在0.3m/min，防止填筑成型的路基破壞，打入2m后速度調整至1.5m/min，直到打至設計深度。拔出鉆桿時應勻速、緩慢拔出，防止應拔管過快造成塌孔。

（3）2:8灰土必須采用集中拌和，含水率控制在15%～19%，拌和結束的灰土使用前必須覆蓋，防止水分散發。

（4）樁管沉至設計深度后應及時拔出，以免在土中擱置過久增大拔管摩擦力，導致塌孔。成孔后夯實機就位，向孔內填已拌和好的2:8灰土，每層填料厚度控制在250～400mm，錘擊次數不少于10次（由成樁試驗確定），直至距孔口20cm為止。

（5）濕陷性黃土路基處理段落、涵底地基處理及擋墻底地基處理時，灰土擠密樁長度為6m；橋涵臺背地基處理時，灰土擠密樁長度為8m；孔位直徑40cm；路堤高度小于8m樁間距為1.2m，路堤高度大于8m樁間距為1m，梅花形布置，采用跳孔施工法，二次插入，以利于沉管插入及拔出。

（6）樁管上需設置顯著牢靠的尺度標志，每0.5m—點。沉管過程中，應注意觀察樁管的貫入速度和垂直度變化。

（7）拔管成孔后，由專人檢查樁孔的質量，觀測孔徑、孔深及垂直度是否符合要求。

（8）填料夯實。灰土樁填料按照設計的灰土配合比進行，拌合和灰土時，要在封閉的場所進行，集中拌和后采用自卸汽車覆蓋篷布運輸至施工現場，防止造成大氣污染。灰土拌合時要攪拌充分，顏色均勻。夯填時，人工操作機械填料，并進行連續夯擊。夯擊時確保鉆機穩定，不發生移位。

（9）為保證灰土擠密樁施工質量，現場技術人員要加強責任心，嚴格控制每個孔的孔深、填料數量、夯擊次數，填筑完成后，進行壓實度檢測，合格后進行下一道工序。

（10）樁孔中心點的偏差不應超過樁距設計值的5%，樁孔垂直度偏差不應大于1.5%，夯實機械的錘擊次數不能過少。灰土樁施工，決定工程質量的關鍵是樁孔夯填的質量，抽檢數量不應少于樁孔總數的2%。施工中嚴格控制填料量，專人操作并認真監督夯填過程，施工后切實進行檢驗測試，樁身采用長把小環刀法、樁頂采用灌砂法測定壓實度，保證填料的壓實度滿足規范和設計要求。

6 結語

對于工程量巨大的濕陷性黃土路基處治工程而言，如何結合具體土性、濕陷性等級、濕陷性黃土厚度、路基填方高度、含水率等條件，優化灰土擠密樁的處治效果，不僅具有重要的理論研究價值，更具有顯著的經濟效益。但只要施工單位在施工過程中加強對灰土擠密樁處理濕陷性黃土地基的效果分析，處理前后樁間土的物理力學性質的變化及灰土擠密樁加固機理等措施到位，定能消除濕陷性黃土路基的不均勻沉降，確保道路的正常使用。