灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基效果探究

曾新榮

福建六建集團有限公司

1 引言

濕陷性黃土路基作為一種較為普遍的軟弱地基，其孔隙率以及干密度都相對很低，此時如果施工人員無法正確處置地基，那就極易使得地基遭受作用力的影響，從而產生一系列不規則的沉降問題，從而削弱了地基的平穩性。通常來說，土層濕陷系數不超過0.015，如此一來就能夠很好地削弱濕陷性屬性。當下，灰土擠密樁是一項比較合理的地基處置技術，利用振動沉樁機予以處置，能夠大幅度地減少土層孔隙率，提升密度，相應地提高地基承載水平以及穩定性，如此一來給后續項目建設奠定重要基礎。

2 工程概況

西安華潤曲江九里A地塊一期一標段位于西安市曲江新區，本工程8棟樓地基均采用灰土擠密樁復合地基，設計孔徑560mm，樁間距1300mm，排距1120mm，采用等邊三角形布置，總樁數量約2萬根樁。設計復合地基承載力特征值不小于200kPa，樁體壓實系數不小于0.97，樁間土平均壓實系數不小于0.93。其目的是改良土體，采用灰土擠密樁消除地基土體濕陷性及提高地基承載力。本項目場地土層主要為第四系上更新統新黃土、古土壤和中更新統老黃土、古土壤，場地表部廣泛分布有全新統人工填土，可分布13層，厚度為40m～50m。場地屬自重濕陷性黃土場地，濕陷性黃土主要集中在東北、西北、華中、華東部分地區。

3 灰土擠密樁的應用要點分析

3.1 地基處理目標及方法

擠密樁法作為加固軟土地基的重要手段，一般被應用于濕陷性黃土區域，采取沖擊或者振動的形式，將圓柱形鋼質樁管嵌入原本的地基，抽離之后就構成樁孔，接著施工人員再往其注入素土、石灰土或者水泥土等材料，進而構成一個較大直徑的樁體，同時和原本的地基組成一系列復合地基。通常來說，灰土以及素土等擠密樁法常常用于處置地下水位以上的濕陷性黃土等地基，能夠處置大約5至20米深度的處理地基。因此，為了進一步實現消除地基土濕陷性的目標，此時就要優先選取素土擠密樁法。而如果想要提升地基承載水平，或者強化它們的水穩性，此時就要優先選取灰土擠密樁法。因為這一建筑要持續應用，為了減少濕陷性，優先選取灰土擠密樁作為本項目地基基礎的加固方法。

3.2 灰土擠密樁加固原理及功能

3.2.1 土的側向擠密功能

在灰土擠密樁擠壓成孔的過程中，樁孔方位原本土體被側向沖擊，如此一來，就能夠進一步提升樁周的土層密實程度，其擠密影響半徑一般在1.5d～2.0d之間，而根據鄰近樁孔間擠密成效的數據表明，在鄰近樁孔擠密區交接位置，由于擠密成效加倍，此時樁間土中心位置的密實度會有所提升，同時樁間土的密度趨于勻稱，如果樁距越小，疊加成效就越明顯。土的天然含水量以及干密度常常會影響到擠密效果，如果含水量靠近最優含水量，那么此時土就會表現出塑性的態勢，而擠密效果最好。一般來說，如果含水量相對較低，而土處在堅硬情況時，那么有效擠密區就會縮小。而如果含水量相對較高，那么因為擠壓會誘發超孔隙水強壓，土體很難擠密，再加上孔壁周邊土的強度會遭到干擾而有所減少，在拔管的過程中會產生縮頸等問題。

3.2.2 灰土屬性作用

灰土樁就是指將石灰以及土根據相應比重（2:8或3:7）混合，同時于樁孔中夯實加密后產出的樁，該物料具備較為顯著的氣硬性以及水硬性，因為石灰內攜帶正電荷鈣離子以及帶負電荷黏土顆粒彼此附著，從而會凝結成為膠體凝聚，同時伴隨時間的延續，此時土體固化效果就會更為顯著，土體強度與日俱增。在力學作用上，其能夠實現擠密地基的目標，相應地提升地基承載力，減少濕陷性，進一步縮減沉降量，保證沉降勻稱。

3.2.3 樁體作用分析

在灰土樁擠密地基期間，考慮到灰土樁的變形程度往往會超過樁間土的變形程度，而荷載向樁上產生應力聚集效應，如此一來，就減少了基礎底面之下土的應力，避免持力層中滋生諸多壓縮變形以及濕陷變形的負面問題。不僅如此，因為灰土樁常常會對樁間土起到一定的限制作用，而限制土的側向轉移，樁間土僅僅會滋生豎向壓密，導致壓力以及沉降一直表現出線性關系。

3.3 加固施工及效果分析

石灰樁通常包括生石灰以及粉煤灰，比重即7:3。而在選取石灰的過程中，優先選擇新鮮塊灰，將之打碎過篩，其粒徑大致為20mm～50mm，同時確保含粉量不大于總體重量的10%。氧化鈣含量不可小于70%，含水率不可超出5%，其中有機質含量不超出5%，不允許包含石塊以及其他雜質。而針對粉煤灰，要優先選取Ⅰ、Ⅱ級灰。通過一系列的加固處置，本工程地基土的濕陷性基本消失，且大幅度地提升了承載力，加固之前，該區域地基土表現為可塑或者軟可塑狀。而在加固之后，其含水量都有所減少，所以不難看出，灰土擠密樁的擠密以及吸水效果都是極為明顯的。根據沉降變形檢測，不難看出，在完成加固處理之后，首月沉降率有所減少，且地基已漸漸平穩，墻體裂縫位置所貼的石膏也沒有產生不良的裂紋。

4 提升灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基效果措施建議

4.1 結合現場土質情況對拔管的時間及方式作出調整

首先，在實際施工之前，施工人員要提供合理的成樁及夯填測驗，對地基內的含水量以及夯擊頻次予以核驗，從而獲取合理參數。

其次，在實際施工過程中，要針對對應不同土質采用合理的樁管直徑，現場采用兩種樁管直徑400mm、560mm。土質較好的樁孔可采用小管快拔，也可采用大管慢拔的方式，但一定要消除樁孔內的負壓。土質較差的樁孔必須采用大管慢拔，在消除樁孔內的負壓后，還需要控制拔管速率＜1M∕1min。由地勘報告剖面圖可以看出，數值越大代表土質越不穩定，由此可以判定土質的好壞。

同時，采用CAD對圖紙內土質差的區域進行分區，在較差分區的圖紙內套出的坐標，放樣時對較差區域坐標點位樁孔進行標記，方便工人施工，對樁管直徑大小的更換提供更為明確的條件。一般分為如下幾種情況，

其一，小管快拔。樁孔直徑為560mm，樁管直徑為400，因土質較差在成孔時土體側壓力會讓樁孔直徑縮小，在樁管下壓時，不能對土體再次擠土，拔管時也不能對土體進行擠土，樁孔側壁直徑變小，又因為拔管速度大于空氣進入樁孔內的速度，造成樁孔內產生空氣負壓，更大程度造成樁孔直徑縮小。因此，在較差土質情況下不宜采用小樁管成孔。

其二，大管快拔。樁孔直徑560mm，樁管直徑550mm，雖然在下壓，上拔時候可以對土體進行二次、三次的擠密，但如果拔管速度大于空氣進入樁孔內的速度則樁孔內產生空氣負壓，造成樁孔直徑縮小。因此，在土質較差時采用大管成孔但要考慮拔管的速度小于空氣進入速度。

其三，大管慢拔。樁孔直徑560mm，樁管直徑550mm，樁管在下壓，上拔時候可以對土體進行二次、三次的擠密，拔管速度小于空氣進入樁內孔的速度，樁孔內無空氣負壓，又因土體再次被擠密，則樁孔直徑大小變化在允許范圍內。因此，較差的土體時采用大管慢拔可解決縮徑問題。

最后，合理控制拔管時間及方式。工人在施工過程中，沉孔到設計標高后就開始拔管，應采用計時的方式，每個人對拔管的時間都確定，減慢拔管速度，對產生縮徑的不合格率大幅度降低。在每臺成管機械內配備沙漏計時器。針對現場實際操作1M∕1min拔管速率可減少95%的縮徑。對現場實際施工機械計時統計。沉孔到設計標高后，先對樁管拔起500mm～1000mm后停頓十秒，在重新把樁管壓入到樁孔內設計標高，消除樁孔內的空氣負壓后，重新拔管。

4.2 設置垂直夯入裝置以及增加控制措施

第一，負責人要合理解析工人工藝技術。在現場對工人進行解析，講解夯錘落入孔內的效果展示，以及會出現的問題，在施工過程中要保證夯錘垂直落入樁孔內，夯錘不與周邊土體觸碰，如產生觸碰則增加夯擊次數。

第二，適時地推行現場撒白灰管理機制。針對以上夯錘會與土體接觸的情況在現場對成孔好的場地進行撒白灰管理制度，對樁孔周邊進行定位放線，讓夯填機械按灰白的規劃路線行進，給機械一個輔助定位線，方便工人對機械進行控制，提高夯錘下落精度，避免夯填一擊調整一次機械，可提高工作效率，及樁孔質量。

通常來說，白灰定位線等于夯填機械的寬度，平行于樁孔橫向等間距進行放線，其樁孔位置在夯填機械中間，避免工人為了方便隨便停夯機，后輪位置會掉入未夯填樁孔內，導致夯機械不水平，在橫向白灰線的基礎上放縱向白灰線，其主要目的是定位夯錘到夯錘機械后輪中心位置，在現場施工過程中，夯錘后輪位置只需要壓在縱向白灰線上，夯錘的位置就垂直于樁孔位置，減少試錘次數。方可提高工作效率，及工程質量。

第三，相應地增加激光輔助控制線。在撒白灰的管理基礎上增加激光輔助控制線，讓夯錘更加精準的夯入樁孔內，工人只需要對正白灰線在結合激光輔助控制線就能100%讓樁孔夯入樁孔內，進一步提高夯錘下落精度。將發射激光的儀器固定在夯錘機械頂部位置，讓其可以垂直發射激光到地面上，產生激光輔助控制線，輔助控制線設置在距離樁孔20mm居中位處，激光儀器可隨重力隨左右前后擺動自己隨時調節方向，將100%垂直地面，在撒白灰線的基礎上進一步提高夯錘下落精度。提高工作效率，及工程質量。

5 結束語

綜上所述，灰土擠密樁通常被用于處置已有建筑物黃土地基局部濕陷問題，特別是針對那些由于地基浸水引發的不均勻沉降地基問題，能夠充分地發揮積極效果，大量的實踐表明，其不僅可以消除濕陷性，減少地基土含水率，同時還能夠相應地提升實際承載力，有時還能夠抬升建筑體，發揮糾傾的作用，因而被應用得越來越廣泛。在實際施工期間，灰土擠密樁可依據建筑物受損情況進行布局，同時還能夠柔性加固處理手段，總之，灰土擠密樁操作便捷，土方量相對較少，且還能夠在室內操作，造價成本較低，可供類似工程借鑒。