灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基效果分析

楊斐斐

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司,甘肅蘭州 730000）

0 前言

在公路建設工程中，可能遇到路基為濕陷性黃土的情況，此時只有加固路基才能順利完成接下來的公路建設工程，在加固的過程中需要利用灰土擠密樁。基于此，本文主要討論在加固濕陷性黃土路基的過程中，灰土擠密樁的效果。

1 濕陷性黃土的特征

1.1 濕陷性

在自然的狀態下，黃土極易受到地表水的流水侵蝕，在黃土中天然存在的碳酸鹽將會被流水溶解，導致黃土顆粒的膠合作用逐漸消失，致使黃土顆粒懸浮在地表水中。當黃土再次沉積時，這種土粒與其他土粒相碰撞，彼此之間形成的引力要超過自身的重力，此時就會導致土粒懸停，不再下沉，由此形成的結構有利于流水的進一步侵蝕，黃土間的空隙越來越大，形成的塌陷也越來越嚴重。在這種情況下，加上外部的影響，黃土土體結構極易被破壞，黃土的強度也難以保證，這就是黃土的濕陷性[1]。

1.2 直立性

濕陷性的黃土具有天然的含水量，并且具有較高的強度，壓縮性不大，可以支撐垂直邊，因此，在濕陷性黃土的區域存在近乎于直角的邊坡。

1.3 膨脹性

在遇到水后，濕陷性的黃土會出現膨脹，在干燥之后會出現收縮，經過多次的干燥和膨脹，會導致黃土表層出現裂紋，并被剝落下來，路基的穩定程度會受到影響。

2 灰土擠密樁加固機理

利用灰土擠密樁加固地基主要的加固方式是利用錘擊在地基內部打入振動沉管，之后要在樁孔內回填灰土并夯實，直至形成樁體。在成孔過程中，打入地基的沉管將會把土體擠壓至樁孔的周邊，初步擠密土體；在回填樁孔的過程中，需要完成夯實工作，進一步擠密樁孔內外所有的土體，進一步提升地基的承載能力。以下是在加固地基時，利用灰土擠密樁的三點機理：一是在地基土體的內部使用錘擊的方式打入振動沉管，可以增加土體的密實度，可以有效改善黃土地基的力學性能。二是在樁間的土體與灰土擠密樁之間形成了復合的地基，使得濕陷性黃土路基的承載能力得到增強。三是為了固結土壤，需要在樁孔內回填灰土或者石灰反應之后形成的膠凝產物，這樣也會提升土壤的強度[2]。

3 工程概況

甜永高速是銀川至百色國家高速公路（G69）的重要組成部分，主線采用雙向四車道高速公路標準，設計車速為80km/h，路基橫斷面采用整體式斷面，路基寬度為25.5m，行車道寬4×3.75m，硬路肩2×3.0m，土路肩寬2×0.75m，路緣帶2×0.5m，中央分隔帶2.0m，汽車荷載等級為公路-I級，設計洪水頻率1/100。

本項目位于甘肅黃土地區，地基以黃土為主，因此，該高速公路路程的地基長期受到外力侵蝕的影響，還會受到多種地質作用的影響。在施工的路段上，密布著大量的濕陷性黃土。濕陷性黃土在被破壞之前，具有較高的強度和較差的壓縮性。但是黃土結構被破壞之后，濕陷性黃土路基將難以承受較大的承載力，出現濕陷和軟化的情況。為了工程的順利進行，必須利用灰土擠密樁加固黃土地基，以提升濕陷性黃土地基的承載力。在完工之后，需要立即檢測灰土擠密樁的施工質量，還要觀測沉降的效果。

4 灰土擠密樁加固路基施工技術

4.1 施工方案

在本工程中使用的灰土擠密樁的樁徑為400mm，在布置上采用等邊三角形，在回填灰土時，比例為2：8，在灰土中含有60%的氧化鈣和氧化鎂。在該工程路段的黃土沒有任何雜質，并且在使用前經過篩選，確定含水量時按照室內的擊實實驗結果。在施工中，需要分層灰土，并完成回填和夯實的處理。確定夯擊的次數和分層的厚度需要試樁[3]。

4.2 施工設備

灰土擠密樁施工中需要使用成孔、拌和以及夯實等多種設備。在成孔時，采用沉管成孔樁機，在夯擊時，不僅要使用桿狀的尖錘，還要保證夯擊的能量達到8000N.m。在拌和灰土的過程中，只需使用常規的拌和設備即可，在夯實樁孔內的填土時采用的夯錘與夯擊的能量與上述要求保持一致即可。

4.3 試驗檢測

在施工之前，要在施工現場完成土樣的選取，實驗黃土性質可以在施工現場進行。需要將三個人工探井布設在施工區域內，經過探測發現，需要加固的深度與預期相比增加了三米，因此，每半米取樣實驗，經過檢測之后發現，土體具有濕陷性的典型特征。

在施工過程中需要檢測石灰土的質量，保證石灰與配比的準確，保證拌和質量，這樣有助于最終保證灰土擠密樁的施工質量。在成孔時，需要檢測樁孔直徑，需要檢測樁的深度。要參照壓實度的要求，參照填層的厚度，以此確定需要夯擊的具體次數。

在成樁一個月之后，還需要完成以此取土測樣的工作，這是為了檢測土體中的含水量以及濕陷的系數。在檢測之前需要連續動力觸探實驗至少兩個測點，實驗的深度要保證超過地基土加固深度的3m。檢測的樁體至少保證有三個，檢測的指標包括樁間土體的含水量和孔隙比例。此外，還要試驗樁體的靜載荷[4]。

5 路基加固效果分析

5.1 壓實度檢測

將濕陷性黃土使用灰土擠密樁加固處理之后，按照相關的規定，需要抽檢成樁的質量。在本次抽檢試驗中，檢測成樁的指標包括成樁本身的樁徑、樁孔內土體的壓實度以及土體的強度等。根據灰土擠密樁樁身施工質量檢測結果可知，工程中灰土擠密樁壓實度要高于規范的95%，與此前的設計要求相符。經過試驗之后發現，灰土擠密樁的強度最小值仍高于實驗室測試的值。在經過灰土擠密樁加固之后，濕陷性黃土地基的承載力可以符合公路工程的需要。并且隨著灰土擠密樁的持續施工，路基的強度和壓實度仍在不斷提升。

5.2 濕陷性黃土路基基底沉降觀測

為了有效檢測路基基底的沉降情況，需要在施工路段上布設測點。每個月觀測一次，總共觀察十一個月，初次觀測的時間為2020 年1 月4 日，這一次觀測沉降值為0，將其定位初始值。本次施工中選取了三個測點，根據各測點路基基底沉降觀測記錄表檢測的結果以及沉降變化的曲線得知，以6月為分界線，在這一月觀測中，沉降值最大，之后，沉降的速度趨緩。沉降量最大為6.2mm。在10 個月，沉降測量的數據變化僅為0.3mm，由此可以看出沉降已經趨于穩定。

6 結論

在施工中檢測灰土擠密樁的質量可知，樁的壓實度高于規范要求，強度也高于實驗室的數據，并且灰土擠密樁的樁徑符合相關規范，表明了施工的質量。在使用灰土擠密樁加固濕陷性黃土之后，抽檢樁間土體可知，路基土的壓縮量顯著提升，孔隙比顯著降低，濕陷性黃土的物理力學性能得到改善。觀測完工后的路基可知，在第十個月，沉降變化值已經達到0.3mm，這意味著此時的路基基底已經穩固。