市政工程濕陷性黃土地基處理方法探討

薛敏

（太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

與硬土結(jié)構(gòu)相比，濕陷性黃土具有較強(qiáng)的特殊性，在重力效應(yīng)以及附加壓力的影響下，其內(nèi)部的脆弱結(jié)構(gòu)很容易會(huì)發(fā)生被破壞或者是變形的情況。在我國黃土資源中，有關(guān)濕陷性黃土占據(jù)的實(shí)際面積達(dá)到了整體的60%～70%，因而，施工單位在開展工程施工與建設(shè)的過程中，經(jīng)常會(huì)在濕陷性黃土環(huán)境下進(jìn)行項(xiàng)目內(nèi)容[1]。為了降低因濕陷性黃土所帶來的不利影響，施工單位在工程修建的過程中，需要結(jié)合土類特性加以分析，考慮到地基的處理要求進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，以此來降低濕陷現(xiàn)象所帶來的不利影響，加強(qiáng)整體施工的安全和可靠度，為以后的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并滿足施工單位自身的經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要。

1 濕陷性黃土概述

我國濕陷性黃土分布范圍較廣，大約占我國黃土面積4.9%，主要集中在陜北、晉西、河南、隴東、冀北等地區(qū)。山西省內(nèi)黃土分布面積較廣，黃土面積高達(dá)3.5km2，占山西省全省面積的22.4%，而山西的濕陷性黃土面積占比較大且分布不均勻，嚴(yán)重影響城市的建設(shè)和發(fā)展。濕陷性黃土與一般的黃土不同，它是一種非飽和、大孔徑、壓縮性小、強(qiáng)度較高，但是遇水浸濕時(shí)強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)明顯降低的黃土，具有在一定的自重或壓力作用下遇水變形的特征。因此，在濕陷性黃土地區(qū)修建市政道路時(shí)，為防止?jié)裣菪渣S土地基遇水變形，必須進(jìn)行地基處理，盡可能消除土體的濕陷性，滿足地基承載力要求。因地基濕陷性厚度及嚴(yán)重程度分布不均，地基處理方法也隨之不同[2]。濕陷性黃土如圖1 所示。

圖1 濕陷性黃土

2 濕陷性黃土的特性

2.1 濕陷性

濕陷性黃土含有或多或少容易溶解的鹽水成分，如果這些濕地受到土壤水的破壞并與水接觸，可以在短時(shí)間內(nèi)解決。在這種情況下，黃土顆粒和顆粒之間的協(xié)作力會(huì)因熔化而減弱，從而不可挽回地破壞了原本保證穩(wěn)定的土壤。后來，對(duì)于受到攻擊的地面物品，以相對(duì)較慢的速度保存部分，直到基礎(chǔ)地面物品接觸結(jié)束下降趨勢(shì)。在這種情況下，帶有底層土壤顆粒的現(xiàn)有沉積層會(huì)產(chǎn)生較大的拉力，產(chǎn)生的拉力大于自身的重力，而是由黃色土壤中較寬松的拉力所驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)顯示出黃蜂的特性[3]。在此基礎(chǔ)上，地表水侵入的可能性增加，進(jìn)而增加了黃土內(nèi)部的孔，隨著時(shí)間的推移孔越來越大，必然導(dǎo)致變形問題降低，即水分敏感特性。如果受影響的工作人員在工程過程中未能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)采取有效措施處理潮濕的黃色地基，濕度可能會(huì)影響基本要素，從而可能導(dǎo)致降雨等問題，從而對(duì)以后項(xiàng)目的性能和安全性產(chǎn)生重大影響。

2.2 擴(kuò)張與收縮

在水流中，濕陷性土層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)延伸到正常狀態(tài)之外。同樣，濕陷性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)隨著水的枯竭而進(jìn)一步收縮。由于膨脹和收縮的影響，黃色表面和內(nèi)部出現(xiàn)了許多裂縫，而這些裂縫又具有相應(yīng)的應(yīng)變特性，從而部分阻礙了建筑工程。

2.3 靈敏度

一般情況下，為保證濕陷性黃土路基的壓實(shí)質(zhì)量，取值范圍為-2%～0%。土壤含水量控制在5%以內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，濕陷性黃土對(duì)含水量的波動(dòng)很敏感。若含水量超過控制標(biāo)準(zhǔn)，則濕陷性黃土翻土。但若含水量低于控制標(biāo)準(zhǔn)，則受土壤干燥影響，會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵。

3 濕陷性黃土地基處理措施

3.1 測(cè)量放樣與樁位布設(shè)

在施工前完成清表或?qū)⑼诜椒秶鷥?nèi)土方挖至水泥土樁設(shè)計(jì)頂標(biāo)高，采用平地機(jī)進(jìn)行整平，并進(jìn)行灑水碾壓。之后，要結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙及施工方案，對(duì)路基的中樁、邊樁以及斷面樁等實(shí)際位置進(jìn)行明確，但要與路中心保持相應(yīng)的距離，方便設(shè)置路線控制樁。并按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行布樁。結(jié)合設(shè)計(jì)方案，在對(duì)樁位進(jìn)行布置的時(shí)候，要以正三角形方式來布置，樁間距0.8m，進(jìn)行布樁的時(shí)候，要用白水泥進(jìn)行標(biāo)記，還要對(duì)樁位進(jìn)行編號(hào)。在水泥土擠密樁工藝施工的過程中，需要通過3 個(gè)階段流水作業(yè)，其主要包含施工準(zhǔn)備、施工與現(xiàn)場壓實(shí)、整平3 個(gè)階段[4]。準(zhǔn)備階段要求同施工條件，施工階段為樁機(jī)就位、鉆孔、成孔、水泥土拌制、填料、壓實(shí)、壓實(shí)度檢測(cè)，最后為現(xiàn)場壓實(shí)與整平階段。在本工程案例中，其水泥土擠密樁適用在濕陷性黃土層厚度大于3m路段的橋梁臺(tái)背及過渡段。

3.2 換填墊層法

倘若施工單位發(fā)現(xiàn)施工區(qū)所具備的土壤滿足軟弱土的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的施工工藝無法對(duì)整個(gè)地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度的提升與調(diào)整時(shí)，便要考慮到換填墊層法，以此來降低地基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的情況。在開展換填墊層法的過程中，施工人員會(huì)先在固定區(qū)域內(nèi)完成土壤的摳挖，并選用具有高密度、高強(qiáng)度、低空隙且穩(wěn)定性較強(qiáng)的材料進(jìn)行回填工作，進(jìn)而來確保整個(gè)區(qū)域的土壤承載力能夠滿足施工建設(shè)需求。通常情況下，有關(guān)換填墊層法會(huì)被應(yīng)用在凍脹土、濕陷性土或者是淤泥環(huán)境方面，有著良好的應(yīng)用價(jià)值，在成本管控與工程質(zhì)量方面也能夠起到積極的作用。不過，施工單位需要注意的是，倘若整個(gè)地基區(qū)域能夠滿足荷載承受需求，則需要放棄換填墊層法的選項(xiàng)，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)支出以及風(fēng)險(xiǎn)影響[5]。換填墊層法大多是以局部或是整片施工為主所起到的作用如下所示：①通常情況下，通過對(duì)換填墊層法的應(yīng)用，能夠有效減少濕陷量，避免地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到較為不利的影響。②地基土所具備的壓縮特性以及滲透性在換填墊層法的應(yīng)用下得到了有效地控制。③利用換填墊層法，能夠極大程度上降低外在附加應(yīng)力所產(chǎn)生的破壞與影響，避免地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性發(fā)生改變。④防水性提升是換填墊層法的一大作用，施工單位在進(jìn)行工程操作的過程中，可以根據(jù)土墊層的實(shí)際情況進(jìn)行操作，隔絕潮濕環(huán)境的同時(shí)，還能夠起到降低濕陷性影響的作用。

3.3 成孔過程及方法

開展土層成孔沖擊的過程中，一般是采用履帶式打樁機(jī)來實(shí)施反復(fù)的沖擊，同時(shí)，這個(gè)過程中，其孔深和孔徑要保障與設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求相符。在施工的時(shí)候，要按照先外排后里排的順序，并且同排內(nèi)需要間隔一到兩個(gè)孔，防止因振動(dòng)擠壓等，使得相鄰孔發(fā)生塌孔等現(xiàn)象。樁尖進(jìn)入土層時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行低錘輕擊，在樁尖進(jìn)入土層1～2m 時(shí)，再應(yīng)用預(yù)先設(shè)計(jì)好的速度和落距進(jìn)行錘擊，一直到設(shè)計(jì)的深度。在進(jìn)行水泥土擠密樁加固的時(shí)候，其寬度會(huì)隨著路基變化而發(fā)生變化，特別是兩段交叉的地方，一定保障不應(yīng)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，而且其樁頂標(biāo)高可以不在同一平面上，但是樁底標(biāo)高的時(shí)候，一定要在同一個(gè)傾斜面上。樁機(jī)就位之后，要加強(qiáng)其穩(wěn)固性，然后要把樁管給吊起來，同時(shí)使其對(duì)準(zhǔn)樁位，之后放下的過程中要緩慢的將其放下來，樁管、樁尖、樁錘一定要在同一條垂線上。在成孔的過程中，要使用柴油錘來進(jìn)行錘擊，而且，還要在其表面位置做好相應(yīng)的標(biāo)記，對(duì)其深度進(jìn)行合理控制，管樁直徑要與設(shè)計(jì)有關(guān)要求相符合。樁孔參數(shù)控制：設(shè)計(jì)過程中要保證樁頂密實(shí)度，而且，在穿透濕陷土層的時(shí)候，要與設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合，同時(shí)要用地基土質(zhì)和成孔方法[6]。在本工程項(xiàng)目中，樁間距設(shè)計(jì)的距離為80cm，在進(jìn)行布置的時(shí)候，按照等邊三角形來進(jìn)行布置。在回填夯實(shí)的時(shí)候，利用水泥來進(jìn)行回填夯實(shí)，而且壓實(shí)的系數(shù)λo 不應(yīng)小于重型標(biāo)準(zhǔn)的0.9。當(dāng)水泥土施工完成以后，要使用壓路機(jī)將樁頭碾壓密實(shí)，而且，還要在其上鋪墊40cm 厚8%水泥土層，同時(shí)為了保障水泥土層不受到破壞，在水泥土層施工完成之后，還要將30cm 厚土層鋪在上面。

3.4 夯擴(kuò)擠密水泥土樁

濕陷性黃土泛指飽和的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的黃色土壤，土壤在重力作用下，或由自身及外加荷載聯(lián)合引起的土壤在水中發(fā)生的結(jié)構(gòu)損壞而發(fā)生顯著附加變形的土稱為濕陷性土，屬于特殊土。土的這種特性，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物帶來不同程度的危害。從特性上來講，夯擴(kuò)擠密水泥土樁技術(shù)中，一般是以半剛性樁為主，在施工過程中，大多是以柱錘夯擴(kuò)機(jī)作為主要設(shè)備，以此來完成相應(yīng)的成孔工作以及夯實(shí)工作。作業(yè)中，需要由人員對(duì)土層進(jìn)行導(dǎo)入處理，再利用重量在1.5～5t 的重錘，實(shí)現(xiàn)對(duì)孔內(nèi)底層的夯擊工作，等到完成濕陷性土層的穿透工作后，再根據(jù)相關(guān)需求實(shí)現(xiàn)填料管理，以此來滿足后續(xù)的施工要求。通常情況下，有關(guān)樁體材料中所設(shè)計(jì)到的材料，則是以干粉水泥和土進(jìn)行攪拌，確保水泥土樁能夠有效應(yīng)用[7]。而后，在進(jìn)行施工作業(yè)中，則要利用細(xì)長錘來對(duì)夯走進(jìn)行反復(fù)施工，使得孔底的穩(wěn)定性與安全性得以滿足預(yù)期要求。倘若樁結(jié)構(gòu)所處的區(qū)域?yàn)榉菨裣菪酝翆樱瑒t是需要利用上部結(jié)構(gòu)完成擠密作業(yè)，以此來降低濕陷性黃土層所產(chǎn)生的消極影響，使得樁結(jié)構(gòu)下部區(qū)域能夠具有較強(qiáng)的承載力，滿足持力層的各方面需求，進(jìn)而來降低地基土變形所帶來的不利影響。

3.5 檢測(cè)

按評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率對(duì)樁高程、樁長、樁徑、樁間距、豎直度、壓實(shí)度、樁孔位置等項(xiàng)目進(jìn)行旁站和抽檢。針對(duì)一些不合格的項(xiàng)目，一定要返工進(jìn)行處理，項(xiàng)目如果達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則不能進(jìn)行下一道工序施工。施工完成之后，要對(duì)2%樁體壓實(shí)度情況實(shí)施檢測(cè)，而且樁體的豎直度不可以大于1.5%樁長。還會(huì)檢查孔位置、樁直徑和垂直撓曲。樁的中心位置偏差不得大于豎梃間距值的5%，且不得大于5cm，垂直偏差必須小于1.5%。對(duì)于錐坑，樁直徑的值范圍為正方形和矩形。對(duì)于沖擊方法，樁直徑不得大于設(shè)定5cm，樁深不得小于施工深度30cm[8]。經(jīng)過對(duì)檢驗(yàn)后，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，以避免雨水侵蝕。此外，還需要進(jìn)行抽樣檢查，根據(jù)規(guī)范，必須在24h 內(nèi)進(jìn)行。在抽樣檢查中，抽樣將精度的2%，通常是樁長、外觀、樁直徑等。檢查樁體是否有大于設(shè)計(jì)要求的采樣，平均干密度和采樣填方系數(shù)是否大于設(shè)計(jì)要求。濕度系數(shù)δs＜0.015，顯示樁與洞之間可見水泥降水濕度的室內(nèi)裝修后，吸濕性證明為0~0.3m，表明濕度已消除。

3.6 施工過程中的縮頸處理

土層中的含水量比較高的情況下，或者其在軟弱土層的時(shí)候，在進(jìn)行拔管和爆擴(kuò)之后，通常情況下，孔中會(huì)出現(xiàn)縮頸問題，并且這種問題一旦發(fā)生，會(huì)使得樁孔面積減小，這樣夯錘就無法落下，而且中途填料的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)堵塞問題[9]。當(dāng)出現(xiàn)縮頸問題的時(shí)候，一定要加以重視，認(rèn)真處理，如果縮頸問題不嚴(yán)重，這個(gè)時(shí)候可以將孔壁凸出的地方給鏟去。當(dāng)比較嚴(yán)重的情況下，需要利用復(fù)打的方法來解決，主要是在孔內(nèi)填入適當(dāng)?shù)氖覊K，在停一段時(shí)間之后，再次打入樁管，這個(gè)時(shí)候會(huì)吸收掉土中的水分，在進(jìn)行重復(fù)幾次之后，存在的縮頸問題就會(huì)得到有效解決。樁管打入的過程中，一定保證垂直的打入，如果打入的時(shí)候出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致土層存在不均勻現(xiàn)象，而且拔出的時(shí)候也比較困難，傾斜率一般不要超過1.5%。

4 結(jié)語

市政工程建設(shè)過程中要想最大程度消除黃土地基的濕陷性，僅重視處理方法和施工技術(shù)是不夠的，還需要重視人員、機(jī)械、成本的投入。由于目前各地區(qū)市政道路工程一般要求當(dāng)年開工、當(dāng)年完工，緊迫的工期使得大部分施工單位只注重工程進(jìn)度而忽略施工質(zhì)量，容易出現(xiàn)完工后地下管溝沉降、道路塌陷等質(zhì)量問題。為避免出現(xiàn)地基沉降等問題，要求現(xiàn)場的施工技術(shù)人員具備一定的專業(yè)水平，同時(shí)還需具有很強(qiáng)的責(zé)任心，參建各方積極配合，才能最大程度保證濕陷性黃土地基施工的質(zhì)量。