灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應用

安月川

（河北高速公路集團有限公司廊坊分公司，河北廊坊 065099）

1 引言

高速公路屬于高等級公路類型，施工難度大，里程長，且技術要求較高，隨著交通運輸事業的進一步發展，高速公路建設有了更高的要求。 高速公路路基工程中， 常會遇到黃土路基，通常情況下黃土路基具備典型的濕陷性、膨縮性以及敏感性等，長時間荷載作用下黃土路基容易產生沉降變形，影響整體公路的施工質量[1]。 對于濕陷性黃土路基，采用灰土擠密樁施工技術可進行有效的處理，與原路基土體形成復合式結構，極大地提高路基整體的穩定性。

2 濕陷性黃土的工程特性

濕陷性黃土為一類欠壓實土體，其未能達到飽和狀態，導致內部孔隙率較大，相對干密度較小，呈濕陷性特征，如圖1所示。 濕陷性黃土工程特性具體如下。

圖1 濕陷性黃土結構示意圖

2.1 濕陷性

多數濕陷性黃土內部含有易溶鹽， 當濕陷性黃土受地表水侵蝕時，易溶鹽與水接觸后會在短時間內溶解，從而降低了黃土顆粒之間的膠合作用，導致土體的穩定性降低[2]。 受到侵蝕的黃土中會有一部分向下沉積， 與下層土粒形成較大牽引力，使得黃土內部結構更加疏松，呈蜂窩狀，在地表水的進一步侵蝕下其內部孔隙結構不斷擴大，最終呈現濕陷性。

2.2 膨縮性

濕陷性黃土容易受到積水的侵蝕而產生超正常狀態的膨脹反應，而當水分發生蒸發干燥時，此時又會發生收縮現象。在膨脹和收縮不斷作用下，濕陷性黃土內外部會產生裂縫，進而降低黃土的整體穩定性[3]。

2.3 敏感性

濕陷性黃土對含水量有較大的敏感反應， 當水量超出控制標準后，濕陷性黃土會產生翻漿現象，而當含水量低于控制標準時，則因土壤過干而存在揚塵問題。

3 灰土擠密樁的施工原理及作用

灰土擠密樁技術主要施工原理為按照設計的配比（一般為2∶8 或3∶7）將素土和石灰進行均勻拌和，結合分層夯實的方式將拌制好的灰土填入孔洞內， 在擠密成孔的過程中會不斷將孔內土體向外排出，樁間土體密度不斷提高，進而夯實城完整的樁體結構，起到共同抵御外界荷載的作用。 灰土擠密樁復合地基的主要工程作用如下。

3.1 樁體的作用

復合地基樁體的整體剛度較大， 當剛性基層承受荷載作用時，產生的變形主要集中樁體之上，樁間土層所承受的荷載相對較小，減少了地基土所需承受的荷載，復合地基較原地基承載力提高，并且減少了沉降量[4]。

3.2 墊層的作用

樁體與樁間土之間形成了復合地基， 同時與上部墊層形成雙層地基，可共同承擔荷載并分散作用力。

3.3 擠密作用

灰土樁在成孔過程中，樁間土受到擠壓，土顆粒間的孔隙變小，體層密實度變大，另外，結合石灰的吸水發熱膨脹作用，可進一步起到樁間土擠密的作用。 具體原理為：樁體深入土體內部后使得地基土層劃分為樁端土與樁間土兩部分，其中，樁端土在經過擠壓作用后發生橫向和豎向位移， 直接改變了原土層的結構特性， 樁體側邊土體在沉管沉降作用下會出現擠密流動，此時樁尖位置的土體朝四側擠壓，最終使得樁邊土體的密實度不斷增大，并伴隨著土體的濕陷性變低。 結合擠密作用效果各樁體樁間土體密度會變大， 此時降低了土層各粒徑顆粒的空隙， 同時石灰和土層中的水產生化學反應后會促進土層的固結，最終構成結構與強度穩定的圓柱形樁體結構，與土體形成復合型地基。

4 工程概況

某高速公路全線共長98.310 km，按照雙向四車道設計標準設計，設計行車速度為80 km/h，路基寬度為26.5 m，橋隧比約為67.8%。 經地質勘察得出，該高速公路路線范圍內存在濕陷性黃土，具有較強的保水性和膨脹性，若不對其進行加固處理容易導致路基產生不均勻沉降變形。 經研究，施工單位擬采用灰土擠密樁進行濕陷性黃土路基加固處理， 并對其施工技術要點進行研究分析。

根據室內試驗來對施工現場的黃土濕陷類型進行評價，通常規定為自重濕陷量小于或等于70 mm 時， 應當判定為非自重濕陷性黃土地基，反之當自重濕陷量大于70 mm 時，則應判定為自重濕陷性黃土地基。 結合室內壓縮試驗，采用鉆芯取樣的方式測得實際的自重濕陷量，以評價實際的濕陷類型。

5 灰土擠密樁施工技術要點

5.1 施工準備

施工技術人員提前對所在施工場區進行現場測量放樣，場區內存在的雜物、垃圾以及廢料需及時予以清除，多余土體也需徹底挖除，并借助平地機完成表層土體的整平，選用灑水車進行現場灑水清掃。

5.2 樁位布置

樁位按照正三角形進行設置，按照參照物布置樁點（縱軸為路線走向，橫軸確定為路基橫斷面），并對各樁位進行編號。

5.3 生石灰消解

灰土擠密樁的主要原材料為熟石灰，用量較大，會影響周邊環境，同時還會占用較多的施工場地，需采用專門的消解設備進行處理，本項目選用石灰粉碎消解機進行施工。

5.4 拌和灰土

灰土的配比需通過嚴格的室內試驗確定，本項目選用3∶7的灰土比例，同時控制好灰土的含水量，一般控制在16%左右為宜，這樣能確保灰土的整體固結性良好，不輕易發生松散。

5.5 成孔施工

首先進行室內成孔擠密試驗， 根據試驗結果評價擠密效果，再制訂合理的設計方案，一般設定3 個及以上的成孔進行試驗，以提高試驗精確度。 結合試驗過程總結施工方案，為后續施工提供參考。 成孔擠密施工常用的方法有爆擴法、 沉管法、沖擊法等，結合不同的土質特性和地質條件來選擇合適的成孔方式。 選定沖擊法進行成孔施工，將沉管機運輸后固定，保持樁身位置統一，垂直度校核至誤差在1.5%以內，待樁尖進入土層后再降低夯擊。

5.6 填料拌和及運輸

按照設計的配合比選定各施工材料的摻量和用量， 將各材料均勻拌和，顏色不得出現較大變化，同時在拌和過程中摻加適量的水分，保持與最佳含水量相差不大于1%，含水量過大時會出現花白料等問題的產生。 填料拌和完畢后采用專門的運輸車進行運輸，運輸過程中做好各種防護措施，保證溫度和水分散失過快，影響材料的正常使用。

5.7 樁孔填夯

按照設定的標準對孔徑、垂直度等指標進行檢查，確保成孔質量。 為了減少施工中的縮孔現象，應對孔底進行夯實，并將虛土進行處理，確定最佳夯擊次數。 按照設計要求進行夯填施工，分層回填填料，每一層的厚度不得大于400 mm[5]。在樁孔中采用量斗進行下料處理，使得標高設計滿足規范。 在夯實過程中夯實機不得隨意傾斜和移動， 施工技術人員及時記錄相關施工參數，為后續監理驗收提供參考。 樁體成型后及時檢測樁體質量，質量不達標處應及時修改。

5.8 養護

灰土擠密樁成型后加鋪塑料薄膜對其進行養護， 養護周期一般為7 d 左右[6]，保持濕度變化不能過大，同時結合交通運輸部門做好交通管制， 養護期間嚴禁不必要的車輛行人進入，破壞施工現場。

5.9 灰土擠密樁施工質量檢測

對該高速公路濕陷性黃土路基采用灰土擠密樁處理后，通過鉆芯取樣的方式得到路基試樣后進行室內載荷試驗，以評價處治后的路基土的濕陷性和承載力[7]，檢測結果見表1。 然后對灰土擠密樁施工前后路基土體物理力學性能進行對比（見表2）。 結果表明，采用灰土擠密樁技術可有效提高濕陷性黃土路基的穩定性和承載能力， 且無明顯沉降變形現象。

表1 灰土擠密樁靜載荷檢測結果

表2 路基物理力學性能指標檢測結果

6 結語

濕陷性黃土路基在高速公路建設過程中較為常見，本文基于濕陷性黃土路基的工程特性， 提出采用灰土擠密樁施工技術對其進行處置， 對灰土擠密樁施工技術要點進行分析。 研究結果表明，采用灰土擠密樁施工技術可有效改善濕陷性黃土路基工程特性，提升路基結構的強度、承載力和穩定性， 應用在濕陷性黃土路基處理中具有較高的可行性和實用性。