灰土擠密樁在濕陷性黃土地區地基補強中的應用

強科亮

（蘭州市政建設集團有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

我國的濕陷性黃土主要分布于東北、西北、華中和華東部分地區。位于西北地區的甘肅蘭州，正處于濕陷性黃土區域，地質濕陷性顯著。隨著蘭州市城市市區建設用地的日益減少，城區地下空間的開發利用逐漸成為今后城市建設的一個重要方面。為滿足城市交通需求，城區市政道路建設中大量采用了地下箱涵通道作為城市交通道路。而在濕陷性黃土地質之上修建建筑物，地基承載力必須滿足設計要求。為了提高濕陷性黃土地區建筑物地基承載力、防止地基失穩對建筑物造成破壞，在工程實際中應用了目前較為成熟的灰土擠密樁地基補強技術。本文結合蘭州市西津西路下立交工程中采用灰土擠密樁進行地基基礎補強實例，就其施工工藝、施工原理進行分析和探討[1，2]。

1 工程概況

蘭州市西津西路下立交工程位于城市主干道道路地下，整個通道為鋼筋混凝土全現澆箱涵結構，埋深3 m，箱涵基礎位于濕陷性黃土地基中。地質條件按照地貌單元劃分，屬于黃河南（右）岸Ⅱ級階地，場地地層上部為第四紀風沖積——洪積碎屑沉積物，主要為填土、黃土狀粉土。經過試坑浸水試驗，實測自重濕陷量為12 cm，屬于自重濕陷性黃土地質；地勘報告顯示濕陷等級為Ⅱ級，土體物理力學性質較差。地基處理采用灰土擠密樁，處理面積20 176 m2。

2 濕陷性黃土濕陷機理

濕陷性黃土是一種特殊性質的土，黃土在形成過程中，土中所含的碳酸鹽、硫酸鈣等鹽分在土顆粒表面析出，相互凝結形成一種膠結構晶體，將土體顆粒粘接在一起，使得土體顆粒之間不能夠密切結合，形成孔隙，類似于骨架——孔隙結構。其土質較均勻、結構疏松、孔隙大，肉眼可見。在未受水浸濕時，一般強度較高，壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕，水分子進入土體顆粒之間，造成鹽類物質溶解，破壞了原有的膠結結構，土體抗剪強度迅速降低，在自重或外力作用下土骨架迅速崩塌，土體結構迅速破壞，強度迅速降低，形成濕陷。

所以在濕陷性黃土地質上進行建筑物建設，應根據建筑物的重要性和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基遇濕塌陷對建筑物產生危害。

3 灰土擠密樁補強機理

灰土擠密樁法，是用沖擊或振動方法，把圓柱形鋼質樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后在樁孔中分層填入用石灰和土按一定體積比例（3∶7）拌和的灰土，并在樁孔內夯實灰土，形成增大直徑的樁體，并同原地基一起形成復合地基，達到消除土體濕陷性，提高地基承載力的目的。特點在于不取土，擠壓原地基成孔。回填物料時，夯實物料進一步擴孔。其作用機理是：

（1）灰土混合料在化學性能上具有氣硬性和水硬性，石灰內帶正電荷鈣離子與帶負電荷粘土顆粒相互吸附，形成膠體凝聚，并隨灰土齡期增長，土體固化作用提高，使土體逐漸增加強度。同時，灰土中的石灰吸濕膨脹，擠壓周圍土體，增加擠密地基效果，從而消除土體濕陷性，提高地基承載力。

（2）灰土擠密樁在樁孔成型過程中，樁孔周圍的土體受到沉管的擠壓和強振動，機械擠壓力以樁孔為中心呈橫向水平輻射。周圍的土體受振動和擠壓力雙重作用，原有土體孔隙結構遭破壞，土顆粒之間緊密結合，使得土體密實度增加，土層濕陷性消除。

（3）在灰土擠密樁地基中，灰土樁與樁間擠密土相互作用，形成了復合地基，能夠共同承擔豎向荷載，地基承載力較高。

4 施工設計方案

地基加固設計：

（1）加固類型選擇。由于濕陷性黃土厚度達8～12 m，因此地基可以采用樁長14 m的擠密樁進行加固，擠密樁鉆孔直徑為0.40 m，呈正三角形布樁。

（2）擠密樁間距的選擇。擠密樁的擠密影響半徑為2～3.0D(D為樁徑直徑)，擠密樁相鄰兩孔中心距應在0.8～1.2 m之間。結合應力疊加最佳效果，選擇擠密樁相鄰兩孔中心距為0.9 m。

5 灰土擠密樁施工技術

5.1 施工工藝流程

施工準備——場地平整——測設高程、布置樁位——石灰進場、熟化、灰土拌制——試樁、機械打樁成孔——清底夯——樁孔夯填土——夯實成樁——試驗檢測。

5.2 灰土擠密樁施工過程

5.2.1 施工前的準備工作

（1）試樁。在施工前，先進行成孔、夯填工藝和擠密效果試驗，然后對分層填料的厚度和相應的夯擊次數、一次成樁的長度和振動錘功率等進行確定。主要試驗內容：樁間土的標準貫入試驗、復合地基荷載試驗以及單樁承載力試驗。最少進行兩次試樁，直到施工所需各項參數收集齊全、設備運轉正常、達到施工要求時進入正式的施工生產。

（2）灰土材料。配合比選用石灰與土體積比3∶8。石灰用Ⅲ級及以上的新鮮塊灰，使用前1～2 d消解并過篩，篩除粒徑大于5 mm的顆粒和未熟化的生石灰塊粒及其他雜質。在使用前對鈣、鎂的含量進行測定，含量不符合規范要求的不得用于施工中。拌合用土使用前過篩，其顆粒不大于15 mm。土的塑性指數在14左右，不得使用有機質含量大于10%的有機土料。

（3）場地平整。在施工前，對施工場地進行清理和平整，以便于樁機的移機、就位。

（4）定位測量。在施工前，施工人員按照施工圖紙對構筑物軸線進行定位、放樣。在自檢合格的基礎上邀請現場監理驗線，合格后進行樁位放樣工作。軸線測量和樁位放樣的精度符合設計和規范要求。

（5）樁機就位后，對樁管的垂直度進行校正，確保樁尖和樁中心在同一直線上，從而確保樁身施工的垂直度。

5.2.2 沉管成孔

（1）在施工開始時，應輕擊慢沉。當樁管方向穩定后，按照正常的速度進行沉管。當樁管沉到設計深度后，將樁管拔出，樁孔形成。

（2）成孔后，先用夯實機械夯實孔底，夯實次數不少于8擊，直到聽到清脆錘聲為止。然后分層進行回填夯實，直至達到樁頂設計標高。

5.2.3 樁孔石灰土填夯施工

在填夯施工前，先進行填夯試驗，對每層填料數量和夯擊次數進行確定。經過試驗，每次回填厚度300 mm，夯擊次數不少于12擊，直到聽到清脆錘聲為止，然后進行上一層的填料夯實，如此循環作業。最后，灰土樁頂標高高出設計樁頂標高不小于5 cm為止。

5.3 操作要點

5.3.1 樁位的布置

本工程項目采用整片處理方式，處理面積超出構筑物外墻基礎底面外緣的寬度，每邊7 m，樁間距0.9 m，樁位按照正三角形布置。

5.3.2 處理深度

根據本工程所處濕陷性黃土地基土質情況、成孔及夯實設備的機械參數，在滿足現行國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》GB 50025－2004有關規定的前提下，地基處理深度為14 m。

5.3.3 地基承載力

地基處理后，地基承載力不小于180 kPa。

5.3.4 成孔和回填夯實

（1）成孔和孔內回填夯實的施工順序，從里（或中間）向外間隔1～2孔進行，采取分段施工的方法。

（2）向孔內填料前，孔底應夯實，并抽樣檢查樁孔的直徑、深度和垂直度。樁孔的垂直度偏差小于1.5%，樁孔中心點的偏差不超過樁距設計值的5%。

5.4 施工過程中特殊情況處理方法

（1）夯打時樁孔內有滲水、涌水、積水現象可將孔內水排出地表，或將水下部分改為混凝土樁或碎石樁，水上部分仍為土（或灰土）樁。

（2）沉管成孔過程中遇障礙物時可采取以下措施處理：

a.用洛陽鏟探查并挖除障礙物，也可在其上面或四周適當增加樁數，以彌補局部處理深度的不足。

b.當遇到未填實的墓穴、坑洞、地道等面積不大，挖除不便時，可將樁打穿通過，并在此范圍內增加樁數，或從結構上采取適當措施進行彌補。

（3）夯打時造成縮頸、堵塞、擠密成孔困難、孔壁坍塌等情況，可采取以下措施處理：

a.當含水量過大縮頸比較嚴重時，可向孔內填干砂、生石灰塊、碎磚碴、干水泥、粉煤灰；如含水量過小，可預先浸水，使之達到或接近最佳含水量。

b.遵守成孔順序，由里向外間隔進行。

c.施工中宜打一孔，填一孔，或隔幾個樁位跳打夯實；

6 質量控制

6.1 質量控制標準

灰土擠密樁處理地基質量檢驗標準符合表1規定。

6.2 灰土擠密樁質量檢驗

檢驗方法和要求：

（1）在施工前，應對樁尖土進行標準灌入的試驗，對各土層強度增長情況進行比較，從而對土層的承載力進行判定；

（2）復合地基承載力采用靜載試驗方法。檢驗數量不得低于總樁數的0.3%，不少于3點，而單樁承載力的檢驗數量不得低于總樁數的2%；

（3）樁體現場的檢測，檢測內容有樁徑、樁距、樁長和樁體土。用鋼卷尺對樁距、樁徑進行現場測量；用鉆孔取芯方法對樁長、樁體土進行檢測；用人工探井環刀取原狀土樣檢驗法對樁間土進行檢測。

（4）成樁后，及時抽樣檢驗灰土擠密樁處理地基的質量。檢查內容有：施工記錄、全部處理深度內樁體和樁間土的干密度、平均壓實系數和平均擠密系數。抽樣檢驗的數量，不少于樁總數的1.5%。

表1 土和灰土擠密樁復合地基質量檢驗標準

6.3 檢測結果

樁基施工完成7 d后，用環刀法對樁體灰土壓實系數進行檢測，測得平均壓實系數為0.97，滿足設計不小于0.97的要求；用環刀法對樁間土體進行試驗檢測，測得平均擠密系數為0.95，滿足設計不小于0.93的要求；通過靜載試驗測得復合地基承載力為188 kPa，滿足設計不小于180 kPa的要求。實踐證明，在濕陷性黃土地區，用灰土擠密樁進行地基基礎補強措施是可行的，效果是比較好的。

7 結 語

本工程通過采用濕陷性地區灰土擠密樁補強地基基礎措施，箱涵主體結構穩定，工程投入使用以來未發現沉陷跡象，說明地基承載力達到了預期的設計目的。表明采用灰土擠密樁進行地基補強技術是一種消除濕陷性黃土的濕陷性、增強濕陷性黃土地基承載力的重要方法。該方法具有施工工藝簡單、機械設備投入少、投資小、技術可靠、質量保證、地基處理后承載力高、施工效率高、節能環保等優點。這種地基補強方法在我國濕陷性黃土地區地基處理領域中值得借鑒和參考。