灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基效果分析

蔣 曉 磊

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

平陽高速公路全長123.321 km，采用雙向六車道設(shè)計，在河北段與京昆高速相連，終點與太原環(huán)城高速相連。平陽高速公路設(shè)計車速100 km/h，整體式路基設(shè)計寬度為33.5 m，分離段單側(cè)路基寬度為16.75 m，為公路Ⅰ級。本項目施工區(qū)域地表多為黃土，且堆積層較厚，地勢相對平緩。平陽高速K95+065～K105+210段分布有大量濕陷性黃土，地基承載力明顯不足。濕陷性黃土遇水后原始的結(jié)構(gòu)會被破壞，力學(xué)性能明顯降低，未破壞時具有壓縮性低，強度高等特點，直接影響地基承載力。選取K99+100～K99+200段作為試驗段，該路段濕陷性黃土厚度為18 m～25 m，主要為全新世新近堆積黃土，具有孔隙、節(jié)理發(fā)育，且含有大量植物根系，濕陷性等級為Ⅱ級～Ⅲ級。為提高地基的承載力，采用灰土擠密樁對地基進行加固。

2 灰土擠密樁設(shè)計參數(shù)

灰土擠密樁是將一定比例的石灰和土填入夯孔內(nèi)夯填密實，通過離子交換作業(yè)、碳酸化作用、結(jié)晶作用等物理化學(xué)作用形成具有一定強度的樁體，擠密土體，排除土體內(nèi)多余的水分和空氣，提高地基的承載力。結(jié)合本項目工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況，確定設(shè)計參數(shù)如下：

1)樁徑d：根據(jù)施工現(xiàn)場土質(zhì)情況，結(jié)合成孔施工機械和施工工藝，灰土擠密樁樁孔直徑取值范圍一般為300 mm～600 mm，本試驗段樁徑d=500 mm。

2)樁間距s：未消除黃土地基的濕陷性，提高地基承載力，應(yīng)合理確定樁間距，通過分析計算確定等邊三角形布置時灰土擠密樁樁間距s=80 cm。

3)樁長：結(jié)合施工現(xiàn)場工程地質(zhì)情況，確定樁長為20 m。

4)擠密系數(shù)：為保證樁間土的密實度，確定擠密系數(shù)不小于0.9。

3 灰土室內(nèi)試驗研究

3.1 原材料試驗

本項目試驗段濕陷性黃土深度為20 m，從施工現(xiàn)場取樣，通過室內(nèi)試驗確定土體的物理力學(xué)性質(zhì)，為后續(xù)施工提供參考。試驗后確定濕陷性黃土含水率13.5%，干重度14.62 kN/m3，孔隙比0.983，壓縮模量4.69 MPa，濕陷性系數(shù)為0.024。檢測結(jié)果表明該路段濕陷性黃土為高含水率、大孔隙、低壓縮模量結(jié)構(gòu)，承載力不足，必須進行加固處理。

3.2 最佳含水率的確定

結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，分別對3∶7,2∶8,1∶9三個灰土比開展室內(nèi)試驗，選取不同的含水率拌制灰土，每份含水率遞增3%。采用重型擊實試驗，確定灰土最大干密度，進而得到最佳含水率，試驗結(jié)果見表1。

表1 擊實試驗檢測結(jié)果

通過對表1數(shù)據(jù)分析可知，灰土比為3∶7的灰土最佳含水率和最大干密度分別為20.8%，1.609 g/cm3；2∶8灰土為21.3%和1.617 g/cm3；1∶9灰土為17.8%和1.633 g/cm3。

3.3 強度試驗

根據(jù)上述試驗確定的最佳含水率制作灰土混合料，檢測7 d無側(cè)限抗壓強度試驗，根據(jù)試驗結(jié)果確定最終的灰土比(見表2)。

表2 7 d無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

分析試驗結(jié)果，得出三種灰土比7 d無側(cè)限抗壓強度平均值分別為563 kPa,483 kPa,530.75 kPa，均大于設(shè)計要求的300 kPa。相比之下，灰土比為2∶8的標(biāo)準(zhǔn)差較小，說明灰土混合料強度比較穩(wěn)定。因此，綜合分析本項目選取2∶8灰土，最佳含水率為21.3%，進行濕陷性黃土地基加固。

4 灰土擠密樁加固效果分析

4.1 樁身質(zhì)量檢測分析

濕陷性黃土地基采用灰土擠密樁加固完成后，對樁體施工質(zhì)量進行檢測。本項目分別選取1 m,6 m,12 m,18 m四個深度，對樁徑、壓實度和強度等指標(biāo)進行檢測，檢測結(jié)果見表3。

表3 樁身施工質(zhì)量檢測結(jié)果

分析檢測數(shù)據(jù)可知，灰土擠密樁樁徑檢測最小值為498 mm，最大值為510 mm，滿足設(shè)計要求的(500±20)mm。

樁身壓實度檢測最小值為95.4%，均大于規(guī)范要求的不低于95%。樁身強度檢測最小值為614 kPa，均大于600 kPa，滿足設(shè)計要求。總之，樁身各檢測指標(biāo)符合設(shè)計要求，施工質(zhì)量合格。

4.2 樁間土加固效果分析

對樁間土進行取樣，檢測加固效果，確定其物理力學(xué)指標(biāo)，結(jié)果如表4所示。

表4 樁間土檢測結(jié)果

分析檢測結(jié)果可知，加固后樁間土的壓縮模量有所提高，降低了孔隙比，地基土各方面性能得到了明顯提高，達到了預(yù)期的加固效果。

5 結(jié)語

結(jié)合平陽高速濕陷性黃土地基處治實踐，通過室內(nèi)試驗確定灰土比為2∶8，并在加固處治后進行質(zhì)量檢測，得出以下結(jié)論：

1)分析樁身質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，得出灰土擠密樁樁徑、壓實度和強度均滿足設(shè)計要求，施工質(zhì)量合格；

2)樁間土檢測結(jié)果表明，加固后樁間土的壓縮模量提高、孔隙比降低，地基土的物理力學(xué)性能得到了明顯提高，達到了預(yù)期的加固效果。