灰土擠密樁消除濕陷性黃土的方法和試驗分析

苗承莆

（甘肅路橋工程檢測有限公司，蘭州730050）

1 工程概況

本工程位于甘肅省慶陽環縣TY03 標，施工標段內溝壑縱橫，地形地貌較為復雜，沿線特殊性巖土主要為濕陷性黃土。施工區濕陷性黃土分布廣泛，巖性主要為第四系全新統的沖洪積黃土狀土及第四系上更新統的馬蘭黃土層，空隙含量高。黃土的濕陷性等級一般為Ⅰ～Ⅳ級自重濕陷性，綜合考慮地形條件，選用10%的灰土擠密樁進行濕陷性黃土地基加固處理。

2 灰土擠密樁的理論分析

擠密是灰土擠密樁法處理濕陷性黃土的一項重要加固措施。在樁孔形成和夯實階段，土體形成壓實效應，使原樁孔處的土體被擠到周圍土體中，并在樁周一定范圍內壓實天然土體，導致地基土層的空隙率降低，密實度增加，摩擦角和干密度增加，有效改變了土體的物理力學性質，大大提高了承載力。通過壓實加固，形成了強制壓實區、壓實區和壓實影響區，從而提高了樁周土的彈性模量，有效降低了路基整體的壓縮變形，灰土樁和壓實土也構成了復合路基，可以提高路基強度，減小路基變形，改善黃土路基的工程特性。

3 施工工藝及操作要點

3.1 施工工藝流程

基坑開挖→定位、放線和高程測量→打樁機就位→沉管成孔→拔管→打樁機移位→成孔檢測→打夯機就位→灰土攪拌→試驗檢測→夯填→成樁→試樁→驗收。

3.2 施工操作要點

3.2.1 材料處理

取土場黃土和消石灰提前委托送樣至指定試驗室進行原材料試驗及土工擊實試驗，通過試驗得到最大干密度和最佳含水量。消石灰和黃土需要進行均勻拌和，達到顏色一致并無花白料，通過試驗檢測使含水量控制在最優含水量的±3%，現場簡易檢測，以“手握成團，落地開花”的標準鑒定含水量，拌和均勻的土樣最好不隔夜使用，雨天用塑料布遮蓋。當取土場素土含水量低于12%時，應用灑水增濕或悶料得到最優含水量，且每次拌和的灰土量應根據現場施工計劃進行，做到隨用隨拌[1]。

3.2.2 施工放樣及布點設置

打樁機應嚴格按照施工放樣點進行就位，樁管與樁孔對中，施工中樁架不應發生位移或傾斜，垂直度偏差應不大于1.5%，用吊錘檢查樁管垂直度。調整和檢查機械后開始成孔，此時要注意樁位的偏差。在成孔過程中，根據地層軟硬情況每天定時對樁位垂直度及時進行調整。

施工順序：按隔排隔行跳打法進行成孔，由外向里間隔一孔進行，分4 次進行成孔，成孔過程要輕擊慢沉，打至設計深度后，立即關閉油門，緩慢均速地拔除導管，形成樁孔；拔管過程要慢、穩，防止導管將孔壁土刮落，影響孔深。樁孔直徑一般設計為0.3～0.6m, 允許偏差不超過設計值±20mm，樁長允許偏差±0.5m。樁位偏差不超過設計值的0.25D（D 為樁徑）。

3.2.3 夯填成樁及注意事項

工序：清理樁底并夯實→灰土拌制→灰劑量試驗檢測→虛填→整平→夯擊→成樁檢測。

施工要點：成孔后進行孔深、孔徑、垂直度指標檢測，合格后應及時進行夯填施工。安裝好夯填機，調整和檢查好機械夯打，填灰土夯填前[2]，應先對樁孔清底夯實，使拔錘過程中的回落得到充分夯實，夯擊次數一般不小于6 次，直到聽到清脆聲為止，孔內的回落厚度應小于300mm。現場控制時應注意：下料速度和錘擊次數要相匹配，確保壓實系數不小于0.96；灰土拌和要均勻一致，嚴格控制好含水量；必須做到均勻下料，均勻夯擊，每次填料虛土厚度不大于30cm，應避免回填過快，夯擊次數不夠。施工過程中對每根擠密樁進行全面過程檢測，確保每根擠密樁壓實系數大于0.96。

4 試驗數據分析

4.1 嚴格控制原材料和混合料質量

4.1.1 消石灰的優選

石灰應優選等級Ⅱ以上的消石灰，使用前1～2d 消解并過篩，有效CaO 和MgO 含量不宜低于60%，顆粒最大粒徑不大于5mm，不得夾有未熟化的生石灰塊粒及其他雜質，也不得含有過多的水分。

消石灰存放時間的延長，特別是在沒有良好的保護措施情況下，消石灰中的有效鈣和氧化鎂的含量會大幅度下降，導致活性降低。而活性低的消石灰會直接導致石灰強度的降低。其次石灰應得到充分消解，未充分消解的石灰如果在工程結束后遇水就會繼續消解，引起局部爆裂崩解，嚴重影響土層的強度和平整度。

4.1.2 土質

土質一般包括3 方面：（1）土的塑性指數；（2）土的顆粒大??；（3）中雜質含量。塑性指數在15～20 的黃土，或是含有一定數量的黏性土，均可以滿足配置石灰土的需要。

4.1.3 灰劑量的衰減

石灰活性的有效成分為鈣鎂離子。當石灰與土混合后，石灰土就會在離子交換、碳酸化、結晶等一系列作用下固化。可以說石灰土的固化過程就是石灰活性的喪失過程。采用設計灰劑量10%控制，壓實度不應小于97%。然后再分別在密閉環境下養護條件下，間隔幾小時、幾天檢測灰劑量衰減情況,以乙二胺四乙酸（EDTA）消耗量表示，如表1 所示。

表1 EDTA 消耗量

隨著齡期的增長，EDTA 消耗量逐漸下降，石灰土中有效鈣鎂含量也不斷減少。在前期，有效鈣鎂含量衰減較快，后期，有效鈣鎂含量衰減較慢。所以，石灰土應隨拌隨用，盡量不要擱置時間太長，避免有效鈣鎂含量衰減，后期石灰土強度降低。

熟石灰中的Ca2+離子在水的作用下與土壤顆粒發生絮凝反應，減少了被土壤顆粒束縛的水膜厚度，降低了土壤的塑性，增加了土壤顆粒間的凝聚力，提高了土壤的強度和水穩定性。這種化學反應過程主要發生在熟石灰和土壤顆粒被強制攪拌混合后的幾個小時內；熟石灰與黏土顆粒中的活性二氧化硅-氧化鋁礦物進一步緩慢反應，在此過程中，它吸收熟石灰漿液中的水，形成晶體，并生成鋁酸鹽和水合硅酸鈣，這改變了黏土的結構。

4.2 灰土擠密樁質量檢測

4.2.1 樁間土擠密系數

樁孔夯填結束后，采用環刀對不同深度樁孔間土樣進行壓實度檢測，樁間擠密系數符合應設計要求。等邊三角形布樁時樁間擠密系數不宜小于0.93。檢測結果如表2 所示。

通過樁間擠密系數的檢測結果說明：在密集影響區，樁間壓實度高于原狀土。在成樁過程中，樁間土也受到很大的側向壓力，這種壓力也被壓實和加固，形成一個強制壓實區、擠密區及擠顯著提高。

表2 檢測結果

4.2.2 地基承載力和沉降量檢測

在施工結束后7d，對處理后的灰土擠密樁進行地基承載力、沉降量等指標檢驗。檢測指標如表3 所示。

表3 檢測指標

通過地基承載力、沉降量的檢測，數據表明樁體強度增大，模量變高；樁體及樁間土均得到了有效加固，使黃土地基的整體承載能力增強。

5 結論

通過工程實例，對濕陷性黃土地基灰土擠密樁處理技術的施工設計、施工工藝、試驗過程及影響因素等進行了深入分析：灰土樁與樁周土緊密膠結在一起，在灰土樁周圍形成一層堅硬致密的膠結層。石灰顆粒均勻分布在灰土堆中的黃土顆粒中，一些石灰顆粒與周圍的土顆粒發生反應，形成碳酸鈣等硬質水泥物質，與周圍的土顆粒緊密黏結。

試驗結果證實，灰土擠密樁能夠對黃土地基的濕陷性進行有效的消除，保證了路基整體施工質量。