水泥土擠密樁處理濕陷性黃土的作用

李自友LI Zi-you

（中鐵十七局集團第三工程有限公司，石家莊050000）

1 濕陷的原因概擴及濕陷性黃土的特點

1.1 濕陷的原因概況

濕陷主要產生的兩種原因：第一是濕陷路段遇水侵蝕，在水的壓力環境下造成整個土層破壞，產生嚴重的下沉，從而嚴重影響道路行車安全。第二是濕陷性黃土自身所具有的一些化學特征。

1.2 濕陷性黃土的特點

濕陷性黃土地基路段由于受到了外界水的入侵，在水的壓力環境下，整個土層受到破壞后產生下沉現象的發生，從而產生路面破損，影響道路行車安全。重力來源體現在兩個方面：一是外力產生的壓力，二是黃土自身出現的壓力。自重和非自重的兩種黃土有不一樣的區別，主要是在上層覆土受到水的入侵時，是否產生嚴重的下沉為依據。其中，會產生嚴重下沉的是自重型濕陷性黃土，不會產生嚴重下沉的是非自重型濕陷性黃土。

2 濕陷性黃土處治原則

2.1 綜合處治原則

包括地基處理、結構措施、防水措施共三方個面的措施，根據公路的結構特點和地基特性，地基處理方法應首先以防水措施為主要目的，地基后期處理為輔助方法，在以上兩種措施達不到技術要求時，應當采取結構措施。技術采取多措并舉綜合應用的方法。

2.2 預防處治原則

完善相應路段的防、排水系統，從而降低地基遇水侵蝕的可能性，是預防該路段地基破壞的首要措施，同時是相對節省的技術防范措施。

2.3 分級處理原則

根據不同地基路段的特性：濕陷類型、濕陷等級、濕陷厚度，不同的公路結構部位（橋涵構造物、路堤、路塹）產生的濕陷變形和壓縮變形按相關要求分級處理。

3 水泥土擠密樁的概述

水泥土擠密樁同時被稱為“灰土擠密樁”，水泥土擠密樁用土采用粒徑不大于20mm 的非鹽漬土，同時土中不能夠有活性物質，如氧化鈣或氧化鎂等一類的氧化物。水泥土擠密樁在大面積施工前需選擇有代表性的路段進行試驗段施工，根據施工后所達到的技術要求，進行施工工藝的選擇、機械設備的布置，送土時間、夯錘的錘擊次數進行確定，一般采用梅花樁布局隔樁跳打，保證樁孔的穩定性，防止塌孔現象發生。按照要求對樁間土及樁體土進行干密度檢測，確保壓實度滿足設計要求，確保水泥土擠密樁的承載力達到設計要求。

4 水泥土擠密樁在工程中的應用實例

4.1 工程概況

本工程為京新高速公路（G7）新疆境內大黃山至烏魯木齊段改擴建公路，是國家高速公路網的重要組成部分，功能突出；項目所屬干旱少雨，特殊性土分布廣泛；項目交通路段車流量大，重載比例較高；沿線管線眾多，部分路段建筑分布密集，對項目改擴建干擾較大。尤其是該工程遇到的濕陷性黃土的情況比較嚴重，設計圖紙中Ⅲ級自重性濕陷性地段采用水泥土擠密樁進行處理，以保證工程質量。其中濕陷性黃土路基段的情況見表1。

4.2 施工方法

4.2.1 施工準備

在施工前必須要對整個工程施工進行詳細的審核符合，尤其是對濕陷性黃土路基段的土質進行含水量試驗檢測。配合比的配制工作，本標段圖紙中水泥采用P·C32.5符合硅酸鹽水泥，土采用非鹽漬土。比例采用體積比10%的水泥土作為施工配合比，由于新疆地區取消32.5 等級水泥，變更為水泥采用P·042.5 緩凝水泥，體積比6%進行了配合比試驗工作。各項指標檢測結果見表2。

表1 濕陷性黃土路段明細表

表2 各項指標檢測結果匯總表

體積比6%換算質量比為9.8:100，水泥土試驗結果為：最大干密度為1.95 g/cm3，最佳汗水量為：11.2%。

4.2.2 施工工藝

①濕陷性黃土路基處理的過程中，必須保證整個路段的含水量合格，含水量過低將會導致塌孔，必要時要增加含水量。

②根據現場已知的控制點，按設計要求的樁間距（樁距80cm，按等邊三角形布置）測放出樁位控制點，并用鋼釬打孔，孔深不小于30cm，用灌注白灰的方法做好標記，樁距偏差≤0.5D（D 為樁身直徑），使用經緯儀和尺量檢測。地面標高采用水準儀測量。

③樁基就位，由施工員檢查核對樁位，并保證樁架垂直，成孔中不發生移動或傾斜，樁尖對中心樁位偏差≤5cm，成孔順序為分批隔排隔行跳打，成孔直徑35-45cm之間，成孔深度不小于設計孔深，允許誤差為-10cm。施工過程中隨時對孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深檢測并記錄。

④水泥土拌制時水泥劑量滿足配合比批復劑量，含水量控制到最佳含水量左右，并達到“手握成團，落地開花”的狀態。拌合好的水泥土用小型裝載機運輸，按規定間隔、次數、數量進行填料，填料時指派專人按規定數量均勻逐層填入，其夯實數量應有記錄。

⑤采用卷揚機式電動夯錘夯擊成樁，夯機由指定操作人員操作，邊填料邊按規定擊數夯實到樁頂標高。錘重選用100-300kg 為宜。施工員對樁的夯填質量進行管理，隨時檢查，并認真填寫施工記錄。

⑥在工藝試驗中檢測各技術指標滿足設計要求，從而確定夯機的夯實次數、填土厚度及進土速率，用于指導大面積施工。

⑦回填夯實采用應連續施工，不得間斷停頓。回填土應在水泥達到初凝時間前使用完畢，隔夜土嚴禁再次利用。

圖1 樁位布局圖

圖2 回填夯實

4.2.3 質量檢驗

①樁體壓實度及樁間土壓實度檢測方法采用環刀法檢測，對已完成成孔壓實擠密后的樁體及樁間土進行鉆機取樣，單根樁長6m，檢測4 處，以間隔深度1.5m 進行取樣進行壓實度檢測，用于判斷整個樁體或樁間土的壓實情況。

②采用EDTA 滴定法對水泥劑量進行檢測，稱取300g 的混合料，倒入攪拌容器中，用玻璃棒攪拌均勻，加600mL 的10%氯化銨溶液；按每分鐘110 到120 次的頻率攪拌3min，放置沉淀10min，用移液管將上部已澄清的液體倒入300mL 的燒杯中，加蓋防止灰塵掉入待測液中。用移液管吸取10.0mL 懸浮放入200mL 的三角容量瓶中，用玻璃量筒量取50mL 的1.8%氫氧化鈉（內含三乙醇胺）溶液倒入裝有懸液的容量瓶中，然后加入質量約為0.2g 的鈣紅指示劑，搖晃三角容量瓶使溶液變成玫瑰紅色。記錄未開始滴定前乙二胺四乙酸二鈉標準溶液的體積V，開始用該溶液進行滴定，邊搖晃邊滴定，并認真觀察待測液的顏色變化；在顏色變成紫色的時候，滴定速度應放緩，并搖勻；直到純藍色為終點，記錄滴定管中剩余溶液的體積V2（以mL 計，讀至0.1mL）。計算V-V2，即為乙二胺四乙酸二鈉溶液的使用量。根據配合比批復時的EDTA 標準曲線對比確定現場水泥用量是否滿足設計要求，從而控制水泥用量。

③使用三聯固結儀的方法對樁間土的濕陷系數進行檢測，根據項目需要利用環刀鉆取樁間土制件待檢測，用凡士林涂抹環刀外側，將環刀刀口朝下放到互環里，將板底放入容器內，板底上放透水石、濾紙、將護環和環刀放到容器中，土樣表面放上濾紙、透水石，然后放下傳壓活塞和加壓導環，使各部位緊密接觸上，保證穩定。將壓縮容器置于加壓框架正中，密合傳壓活塞及橫梁，預加1.0kPa 壓力，安裝百分表，將表調至零點。清除預壓荷載，立即開始第一級荷載。加載時應減小搖晃和沖擊，在加荷開始時同時開始計時。荷載等級一般要求為50-400kPa。飽和試樣在施加第一級荷載后，立即向容器中注水至滿。測定固結系數、沉降速率等技術指標，一般按0s、15s、（1、2、4、6、9、12、16、20、25、35、45、60、90）min、2h、4h、10h、23h、24h，直到結果數據穩定后停止。最后一小時的形變不超過0.01mm。結果整理，判定樁間土是否消除濕陷，滿足設計要求。

④無側限抗壓強度檢測采用50mm*50mm 圓柱體無側限試模進行成型后，對已脫模的試件用塑料袋包裹后進行7d 標準養生，將已浸水一晝夜的試件從水中取出，用軟布吸去試件表面的水分。根據試驗材料的類型和一般的工程經驗，選擇合適量程的測力計和壓力機，試件破壞荷載應大于測力量程的20%且小于測力量程的80%。球形支座和上下頂板涂上機油，使球形支座能夠靈活轉動。將試件放在路面材料強度試驗儀或壓力機上，并在升降臺上先放一扁球座，進行抗壓試驗。試驗過程中，應保持加載速率為1mm/min。記錄試件破壞時的最大壓力P（N）。結果整理看是否滿足設計無側限抗壓強度。

⑤復合地基承載力試驗用于檢測單樁符合地基豎向抗壓承載力，檢測采用現場原位荷載方法，試驗反力由荷載車輛提供，由1 根主框架構成加載反力系統。加載采用1 個1000kN 油壓千斤頂，通過手動油泵驅動加載，千斤頂的合力通過承載板傳遞至被檢復合地基，加載反力裝置提供的反力大于最大加載量的1.2 倍。加荷方式采用分級維持荷載沉降相對穩定法。試驗最大加載量按設計承載力特征值的2 倍進行，加荷等級宜取8-12 級，每級荷載增量均按最大試驗荷載的1/8-1/12 確定，每級荷載施壓后按第5、15、30、45、60min 測讀受檢面沉降量，以后每30min 測讀一次。每一小時內的承壓板沉降量不超過0.1mm，沉降急劇加大，土被擠出或承壓板中間出現明顯的隆起，累計沉降量大于承壓板直徑的6%或大于等于150mm，加載至設計要求的最大試驗沉降，且承壓板沉降速率達到相對穩定標準時終止加荷。結果整理看是否滿足設計符合地基承載力指標。

表3 各項檢測指標、頻率及檢測結果匯總表

通過上述試驗確定各項檢測指標、頻率及檢測結果見表3。

圖3 濕陷性系數指標檢測

圖4 復合地基承載力試驗檢測

通過對試驗路段的各項指標檢測，檢測數據能夠滿足設計要求，水泥土擠密樁在軟基處理中起到較好的效果，能夠有效的消除Ⅲ級（嚴重）自重型黃土中的濕陷性，保證了后續的工程施工，確保了整個工程的順利實施。

5 結束語

濕陷性黃土路段在高速公路施工過程中如不能夠有效地處理并消除濕陷，勢必給施工安全及通車后的交通安全造成嚴重的隱患。當然，水泥土擠密樁的施工只是所有濕陷性黃土處理方法的一種。希望未來能夠有更加經濟、合理的處理方法，更加簡單及徹底的解決濕陷性黃土的這一問題，確保工程質量有序可控。