濕陷性黃土路基灰土擠密樁施工質量的控制

黃鈺峰

（蘭州博文科技學院，甘肅 蘭州 730101）

0 引言

濕陷性黃土路基的處理方法有很多，但大多需要投入較大的開挖力度、人力、物力，還需要進行后期的回填處理，施工的整體效率較低。灰土擠密樁施工時，采用一定比例的石灰和水進行配制與拌和，將其注入到事先打好的樁孔中，與周圍被擠密的土體形成良好的復合地基，主要特點是采取以土治土且不需要大挖大填，土方量少，因此經濟效果較好，可以降低工程成本。灰土擠密樁的處理深度取決于地基濕陷性等級和施工技術的發展水平，一般合理深度為5m～15m，在國外有達15m～25m的，這是一般淺層加固方法如土墊層、重錘夯實所難以達到的，它是消除或減少厚度較大黃土地基自重濕陷性的一種簡便而有效的方法。灰土擠密樁隱藏在地下且對整條公路的路基起到承載的重要作用，施工中更應該嚴格控制其施工質量，確保路基結構物的長久穩定與安全，延長濕陷性黃土地區公路的整體使用壽命。

1 工程概況

通定高速公路位于甘肅省定西市，定西地區濕陷性黃土分布廣泛，土質主要為第四系全新統的沖洪積黃土狀土及第四系上更新統的馬蘭黃土層，孔隙含量高，地基濕陷性等級一般為Ⅱ～Ⅳ級自重濕陷性，極易造成路基不均勻或過量沉降破壞。項目路線起點（K0+000）位于通渭城北張家臺子，終點位于（K118+040.877）稱鉤驛鎮唐家岔溝口，路線全長114.831km，其中課題所選路段為第3合同段ZK61+760-ZK61+860，長度共100m，經土工試驗檢測，該段路基濕陷性等級為Ⅲ級。

2 灰土擠密樁施工工法原理

從本質上講，濕陷性黃土容易塌陷的主要原因是土壤本身疏松及多孔的結構。治理濕陷性黃土主要是要改變土壤疏松多孔的特點，幫助土壤形成聯結性、密實性更好的結構。在路基施工時，灰土擠密樁的特點在于不需要大面積開挖取土進行地基處理，而是不取土便可治理土，即利用機械將圓柱形鋼制樁管擠壓打進原地基成孔，打樁成孔的過程中會對周圍土體產生擾動作用，使得周圍土體被逐漸擠密，消除土壤的疏松多孔結構，用配置好的灰土填進樁孔內，并進行夯實，從而更好地擴孔，達到形成增大直徑的樁體，樁與樁會對其之間的土壤產生較強的側向擠壓作用，此時濕陷性黃土結構中便產生了較多的擠密區域，兩個鄰近的灰土擠密樁會形成和模板、框架等比較相似的約束結構，便使土體的模量得到了很大程度的提升，提高土體的抗變形能力。灰土擠密樁的樁體變形模量遠遠大于樁間土體的變形模量和樁間土側向約束作用，地基承受荷載50%的受力是由灰土擠密樁承擔的，這樣便可以降低樁間土的側應力，限制樁間土的側向擠壓力，使得復合地基整體更加穩固，為路基等上部結構打下穩固的基礎。

3 灰土擠密樁施工質量的影響因素

3.1 人的因素

人的意識決定人的行為，參與工程項目決策的領導者以及作業者，他們的意識、思想覺悟、知識水平、工作能力等均會影響工程項目的質量。施工時首先就要考慮到對人的因素的控制，因為人是施工過程的主體，是控制施工質量的關鍵因素。灰土擠密樁的施工是路基工程的重要部分，施工單位的管理者、技術負責人、操作人員、服務人員、作業者都要在各自的崗位上履行職責，互相有序地配合，才能保證其施工質量。

3.2 施工機械

在進行灰土擠密樁施工時，必須要綜合考慮施工現場條件、施工工藝及方法和施工單位的技術經濟條件，合理地去選擇合適的施工機械和設備，按照進度計劃合理安排作業班組和操作人員，相應人員必須認真學習并執行各項規章制度，嚴格遵守機械設備的操作規程，同時加強對施工機械的日常保養、維修和管理，保證機械設備發揮最大的效用。灰土擠密樁施工時，首先要采用施工成孔設備，即灰土擠密打樁機，以柴油錘為動力錘擊鋼制沉管入土，借助卷揚機將沉管拔出地面。此外，將一定比例的灰土進行拌合后送入樁孔內，還需借助夯實機或卷揚機提升重錘進行夯實作業，鋼制重錘以自由落體為動力，對樁體進行逐層夯實，并根據試驗樁得出的夯擊參數進行夯實，根據設計要求檢測樁體參數。

3.3 工程材料

工程材料包括原材料、成品、半成品、構配件等，是工程項目施工的重要物質條件，也是影響工程質量的關鍵因素，是保證工程質量的基礎，對于工程項目來說，工程材料若不符合相關要求，無論采用何種方法都不能使工程質量符合標準，所以更應當嚴格控制工程材料。在灰土擠密樁的現場施工中，使用的主要工程材料包括土料、石灰和水。考慮經濟因素，土料可以采取就地挖出的素黃土及塑性指數大于4的粉土，不能使用含有有機質的腐殖土，不能使用耕植土，且土料應該進行過篩，顆粒不大于15mm，在拌和前還要控制土料的最佳含水量。結合本工程所在地區的情況，石灰選用了Ⅲ級以上的新鮮塊灰，并對其進行了灑水保證充分的消解，且進行了過篩處理，保證顆粒粒徑小于5mm，經過檢查，直至不包含未熟化的生石灰塊為止，嚴格控制石灰的質量。本工程采用的是3%的灰土擠密樁，即石灰與土的比例為3∶7，按照設計要求，將石灰與土加水在拌和站進行集中拌和，即采用廠拌法。石灰和土中的水以及土顆粒成分發生了化學反應，包括離子交換作用、結晶硬化作用、火山灰作用、碳酸化作用等一系列的反應，使土體的性質發生了根本的改變。在初期，表現為土的結團、塑性降低、最佳含水率增加和最大密實度減小等，在后期主要表現為結晶結構的形成，從而提高了板體性、強度穩定性，這也是灰土擠密樁樁體具有足夠承載能力的基礎前提。

3.4 施工方法

施工方法包括所采取的技術方案、工藝流程和方法、組織措施、質量控制措施、施工進度控制、施工成本控制措施等內容，即要在施工前有完整的可以用來指導施工的施工組織設計文件。完備、正確的施工方案，直接影響著工程是否能夠順利實現質量、進度、成本三大目標，考慮不周全的施工方案將會破壞實現三大目標的平衡，可能會造成工程進度滯后、工程成本增加，工程質量也很難確保。灰土擠密樁的施工工藝及流程包括樁機就位、沉管擠土、拔管成孔、樁孔夯填、灰土墊層施工，每一工序都影響著灰土擠密樁的施工質量，故要合理安排施工，有明確的施工方案指導施工順利進行。

3.5 環境條件

對于工程項目而言，影響工程質量的環境因素很多，且復雜多變，包括地形、地貌、地質條件、水文、氣候、噪音、施工現場的通風和照明條件、安全防護及通信條件、作業場所條件等很多方面的因素，除此之外，工程項目的管理環境也是不可忽視的環境因素之一，包括工程項目的合同結構與管理關系的確定、組織機構的建立健全、各種管理制度和規章制度等。因此，要根據灰土擠密樁施工的特點和具體的條件，對影響施工質量的各個環境因素，提前制定有效的措施并嚴加控制，保證工程順利開展。

4 灰土擠密樁質量控制要點

4.1 事前質量控制

事前質量控制是指工程項目在施工之前準備工作的質量控制。在進行灰土擠密樁施工時，首先要充分發揮組織管理的優勢，建立一支人員素質過硬、管理水平較高、技術和資金到位的建設隊伍，保證各方需求滿足工程質量管理的需要。開工前的質量控制包括以下方面：（1）仔細審查施工組織設計，對施工工藝及流程、施工方法、勞動力組織等全面地分析是否滿足工程質量和工程進度要求，配備與施工過程相適應、相協調的檢驗、試驗、測量設備及人員，確保各環節均能順利進行，保證施工工期要求。（2）灰土材料和灰土擠密樁的性能質量之間存在著非常密切的聯系，因此工作人員在材料采購的過程中，需要通過考察優選合格的供貨廠家保證灰土擠密樁施工時所用材料的數量、品質，材料進場要做好質量檢驗，需對供貨廠商提供的產品合格證、技術說明書、質量檢驗證等進行檢查，石灰是構成樁體的重要材料，供貨廠商需要提供樣品，施工單位要進行試驗與鑒定，對材料的鎂、鈣成分含量給予相應的測定，保證所選擇的石灰材料各方面都能夠充分滿足實際的施工需求，杜絕不符合要求的材料進場，從第一環節保證施工質量。（3）石灰材料運輸到施工現場之后，需要對其開展相應的存放管理工作，采取覆蓋加護以及閉光防潮等相應的有效措施，才能保證石灰材料自身性能的穩定性。（4）施工中所應用的土料，需要工作人員優先選擇含水量在-2%～0.5%范圍之內的素黃土，若含水量不足，則應在施工前適當灑水，若含水量過大，則需要進行翻動晾曬，總之保證在使用前土料的最佳含水量。（5）灰土擠密樁施工時，綜合考慮施工機械的技術性能、工程規模、工作效率、維修的難易性、機械的耗能以及數量等問題，選擇最佳的機械組合方案，確保滿足施工質量、施工進度、施工成本的要求；六是做好作業準備工作，具體包括施工現場的場地平整，對較松軟的場地采用壓路機進行預壓處理，保持施工現場的衛生，保證打樁機能夠順利運行前進，并做好臨時排水溝渠，方便排水。（6）對軸線控制樁和水準點樁設置的編號進行復核，用石灰或釘標樁在樁孔位置進行標記，此環節工作開展的效果與精準性與后續灰土擠密樁分布的合理性以及其作用的發揮之間存在著非常密切的聯系，因此需要在放樣工作完成之后，工作人員使用全站儀以及測距儀等相關設備來開展嚴格的檢測工作，保證每一個所涉及到的標記點、標記線相關數據以及各項參數都能夠符合設計要求。

在進行灰土擠密樁施工前，即在大面積施工前，需要相關的工作人員在小范圍內開展相應的試樁活動，從而確定灰土擠密樁的施工技術參數。試樁活動開展的主要內容有：選擇三組共9個樁點，分別以不同的施工技術參數進行下管成孔、沉樁擠密以及錘擊夯實，記錄數據進行分析，然后進行單樁和復合地基承載能力試驗。基于此種形式來開展兩次或者是兩次以上的試樁工作，一步步明確填料壓實度、夯錘落距、夯擊次數、每層回填土的最佳厚度等多個方面的參數，從而能夠為后續大面積灰土擠密樁的施工提供重要的施工參數，為工程施工的順利開展提供有效的保障。

4.2 事中質量控制

事中質量控制指的是施工過程中的質量控制。根據灰土擠密樁的施工工藝及流程，具體應當重視兩個方面的工作，一方面是施工單位自身對施工質量的控制，另一方面是做好質量跟蹤監控控制。在整個施工階段，保證良好的工作狀態，密切注意在前期施工準備階段對影響工程質量因素所做的安排與計劃，關注施工過程中是否發生了不利于工程順利進行、不利于工程質量的變化，同時嚴格對每一個工序進行檢查，保證工序之間的有序交接，在確保每一工序符合要求后再進行下道工序，嚴格遵守三檢制度。此外，若在施工過程中發生了工程變更或設計變更，必須要由專門的負責人組織有關方面的研究、分析與討論，確認后發布變更指令。

灰土擠密樁施工包括樁機就位、沉管擠土、拔管成孔、樁孔夯填、灰土墊層施工等若干步驟，其中包括兩個重要環節，即樁機沉管成孔和回填夯實成樁。

在開展沉管成孔環節的施工過程中，需要相關的工作人員做好樁機就位質量的檢查工作，保證樁機準確平穩，機架不出現任何的傾斜或者是晃動，在確認其準確無誤之后，下一步需要對樁孔和樁管進行校對，樁管上需要設置醒目牢固的尺度標志，之后啟動機械便可施工。沉管過程中，工作人員要嚴格遵循輕擊慢沉的原則，控制樁管的垂直度和貫入的速度，發現異常及時分析原因并進行處理，有效避免樁管出現偏離或者位移的現象。樁管的下沉方向、下沉速度以及其穩定性足夠之后，需要對樁機的功率進行相應的調節，使其能夠回歸到常規的水平，保證沉管施工工作開展的平穩性以及勻速性。在樁管滿足設計深度后，需要及時進行樁管的拔除，不宜在土體中擱置停留較長的時間，這樣才能有效防止對土壤產生相應的擠壓應力，以免摩阻力增大拔管工作的難度。如果在實際施工中，樁管處于土體當中的時間比較長，這時工作人員可以采用對土層中注入適量水的方式，便能夠對樁管周圍的土壤進行浸潤以及軟化，之后相關的工作人員便可采用旋轉拔管的方式勻速地將樁管拔出。在樁管從土壤中拔出來成孔后，需要專人檢查樁孔的質量，對樁徑的深度以及直徑展開準確的測量，檢查是否符合要求，若發現縮孔、回流等情況，可以采用洛陽鏟進行擴樁直至設計值，如果情況嚴重甚至出現了無法成孔的情況，則必須在局部地段采用樁管內灌入砂礫的方式進行成孔。

在保證各方面參數都準確無誤之后，才可以繼續進行灰土材料的回填以及夯實工作。灰土采用拌和機集中拌合，各種用料要計量準確，根據每天的用量進行石灰的消解及灰土的拌合。拌合好符合要求的灰土料用運輸車覆蓋運輸至施工現場。夯填施工時，要按照前期試樁活動所確定的填料的分層厚度、錘擊夯實次數、落錘高度等參數連續施工，即每一樁孔的填料、夯擊交替進行，一次性分層回填夯實，不得出現停頓等待或隔天施工的情況以免降低灰土擠密樁樁體的承載能力，并均勻地夯擊直至高出設計標高20cm～30cm為止。一般來說，在夯實的過程中，錘擊的聲音較為清脆說明達到了夯實效果。整個過程要求有專門的監管人員對施工進行24h的盯控，要對每根樁的施工過程完整準確地進行記錄，做好施工現場各個環節交接工作的記錄，并保證記錄的真實性[1-5]。

4.3 事后質量控制

事后質量控制指的是對施工過程所形成的產品進行質量控制。灰土擠密樁樁體形成后，要對主控項目和一般項目進行檢查驗收。主控項目包括對樁長、地基承載能力、樁體及樁間土干密度、樁徑進行檢查；一般項目包括對土料有機含量、石灰粒徑、樁位偏差、樁垂直度進行檢查。檢測工作開展的主要目的就是為了能夠對樁、樁間土及復合地基承載能力進行有效的判斷，評估其能否有效地滿足實際路基施工的具體需求。

5 結束語

采用灰土擠密樁處理濕陷性黃土可以有效地提高路基承載能力。灰土擠密樁的施工質量具有隱蔽性，為了保證施工質量，需要全面合理地考慮人員、材料、施工機械、方法和環境等各方面的因素，并根據灰土擠密樁的施工技術要點，嚴格進行事前、事中、事后質量控制，為后續公路的建設提供長久穩定的保障。