灰土擠密樁在建筑工程濕陷性黃土處理中的應用

翁高峰

（正陽縣國土資源執法監察大隊，河南 駐馬店 463600）

隨著社會經濟的快速發展，城市建設力度越來越大，進而推動了建筑行業的快速發展。濕陷性黃土地基作為建筑工程的常見地基類型，在該區域施工工程建設難度大,且對地基承載力的要求較高,為了消除或降低濕陷性黃土地基在施工后因過大荷載導致不均勻沉降問題,就必須加強地基承載力處理。灰土擠密樁通過擠密作用，不僅使濕陷性黃土達到了最大干密度指標，還消除了黃土路基的濕陷性，提高了地基的承載能力，確保了整個工程的質量。同時，灰土擠密樁施工無需開挖回填，能夠縮短施工工期，并且填孔材料能夠就地取材，施工成本較低。因此，灰土擠密樁在我國濕陷性黃土路基處理中得到了廣泛的應用，并取得了良好的成效。

1 濕陷性黃土的基本特征

黃土是一種黃紅色、含鈣質的粘性土，其特性為滲透性、濕陷性等，不利于路基穩定。于公路建設來講，最關鍵在于是否存在濕陷性。在一定壓力作用下，黃土被水浸濕后，將迅速破壞土結構，并產生嚴重沉陷問題，這種情況下，被認為是濕陷性黃土。根據濕陷系數的大小，可確定黃土是非濕陷性黃土，還是濕陷性黃土。當濕陷系數＜0.015時，可認定為非濕陷性黃土；當濕陷系統≥0.015時，則認定為濕陷性黃土。由宏觀角度分析，濕陷性黃土的基本特征主要包括以下幾點：1）濕陷性黃土的基本色調為“黃色”，可分為黃色、灰黃、棕黃等。2）濕陷性黃土含鹽成分高，尤其是碳酸鹽。3）石英、黏土礦物等均為濕陷性黃土的礦物成分，伊利石為黏土礦物的主要成分，化學成分中含量偏高的為劍突金屬鋁、鎂等。4）濕陷性黃土內存在大量粉土顆粒，甚至高達60%左右。5）濕陷性黃土孔隙比大，一般為1.0，基本上均為松散結構狀態。

從微觀層面來講，結構單元、孔隙及膠結構為構成黃土的主要部分，黃土內粗粒粉偏多，大于0.05mm的砂顆粒含量很少，因此黃土的骨架構成主要為粗粉粒，在砂顆粒的表面附著有大量膠結物質，從而具備微結構特性。

2 工程概況

本文以某建筑工程為例，該工程為高層住宅樓，地下一層作為停車場，總建筑面積為8856.33㎡。在施工以前，設計人員通過實地勘察，得知該區域屬于濕陷性黃土地基，地基的抗變形和強度性能無法滿足建筑物的實際需求。通過科學論證后，設計出灰土擠密樁復合地基處理方案，設計樁長4.5m，樁中心距1200mm，邊緣超出2m作為每邊處理寬度，按照正方形布置灰土擠密樁，預計需要布置4900根左右。通過調查分析得知地層為以下結構：第一層含有次生姜石、磚末植物根須及雜色土柱等，屬于黃土狀粉質黏土，空隙較大且分布眾多針孔，厚度在大于0.5m且小于3.5m范圍內；第二層含有鐵錳質斑，屬于黃土狀粉質黏土，具有較高的韌性和干強度，具有較少的針孔，厚度在大于1.2m且小于3.6m范圍內；第三層含有鐵錳質斑，屬于含姜石粉質黏土，承載力特征值為270Kpa，厚度在大于4m且小于7.5m范圍內。復合地基承載力在處理以后必須超過220kpa，壓實系數超過0.97。

3 灰土擠密樁的作用

19世紀30年俄羅斯首次使用素土樁法消除黃土濕陷性，主要采用樁體擠密原理，通過研究與改進逐步演變成灰土擠密樁。此項技術是從上世紀60年代開始在軟基加固中應用。灰土擠密樁是指在成孔過程中，通過橫向擠壓周圍土層，促使樁孔內土向周圍擠壓，從而增強樁間土的密實性，隨后向樁孔內裝入備好的灰土，并一層一層振搗壓實，直到滿足設計標高，并由此形成復合地基，全面提升地基承載力。灰土擠密樁的作用主要如下：

1）樁體作用。灰土擠密樁形成的復合地基中，樁體具有較大剛度。在剛性基礎荷載作用下極易出現變形，并集中作用于樁體，相比之下，樁間土所承擔的荷載略少，減小原地基土的承載負荷，進而提升復合地基承載力，降低沉降。2）墊層作用。樁和樁間土之間可形成一個復合土層，通過復合地基和上部墊層的相互作用，可構成一個雙層地基，從而同時承擔豎向荷載，實現分散作用力的效果。3）排水固結作用。相比其他材料，灰土的抗滲能力強，當地表水浸濕墊層后，在灰土墊層的作用下，可避免下部土層受水浸濕。同時，在超孔隙水壓力作用下，利用樁體，可加快地基固結沉降速度。4）擠密作用。灰土樁屬于擠密成孔類型，在成孔時，樁體原位土將被擠壓到側向，進一步減小顆粒之間的孔隙，提高密實度，加強樁間土的擠密作用。

4 濕陷性黃土地基處理工藝

1）布點。樁位平面布置選取正三角形（尺寸為80×80cm），縱軸以路線走向為主、橫軸為路基橫斷面，根據設計樁數、詳細編號等在計算機CAD內進行樁位布設圖的繪制，且在實地內放樣布點。2）消解生石灰。熟石灰為灰土樁所需的石灰材料，因該工程需大量石灰材料，如以傳統人工方式消解石灰，則存在諸多缺點，如較大占地面積、較低消解施工效率及極大污染等，為此應選取專用石灰粉碎消解機進行施工。3）成孔。沉管成孔為灰土擠密樁施工成孔的主要方式，要求利用履帶式灰土打樁機（2.5t錘頭重量）把樁管向土層內打入，其深度應與設計深度相符，隨后將樁管拔出，隨即成孔。該方式成孔形狀極為規整，極易掌握其擠密效果與施工工藝，其缺點為因樁架高度問題成孔深度極易受限。在成孔施工中，其順序為由外側到里面，一排需間隔1到2個孔進行施工，防止由于振動擠壓等問題，導致相近孔出現坍塌等現象。4）夯實。回填灰土樁樁體施工前期，要求按照夯實機配置情況等進行壓實度試驗，以此對虛填厚度、夯擊次數等加以準確確定。要求將檢測后的壓實度作為夯實施工的重要依據。（1）控制夯實機具。自動回填夾桿錘夯實機、人工回填夾桿錘夯實機為夯實機具的主要類型。在本次施工中，應確保其具有良好工作性能，且夯錘提升高度滿足設計規定，要求夯擊施工落體狀態具有豎直、自由等特點。（2）控制夯實厚度及夯實遍數。根據10cm虛填應用的夯擊次數進行夯實厚度的準確確定，具體施工環節回填施工以人工位置，虛填5cm為各次回填量，根據試驗得出的結構進行夯擊次數的有效控制。且按照試驗進行自動回填灰土流量的確定，此時應焊牢自動回填機的出料口，防止因人為問題對灰土流量造成影響。5）工程質量檢測。完成灰土擠密樁施工以后，需要嚴格檢測成樁質量和地基承載力，確保其符合設計要求。在工程質量檢測過程中，不僅要認真檢測負荷地基承載力和樁體壓實系數，而且要深入分析樁間土擠密效果樁間土的濕陷性，同時確保樁頂灰土墊層壓實系數能夠滿足設計要求。本次工程共打灰土擠密樁4900根，灰土立方在13254m3左右，相比其他地基處理技術，灰土擠密樁處理技術不僅節約大量費用，而且具有較快的施工工期，且施工相對簡單，具有良好效果。

5 結束語

綜上所述，灰土擠密樁是一種高效、簡便、成本低的加固技術，將其用于濕陷性黃土地基加固施工，可消除地基土的濕陷性，提高地基承載力。