水泥土擠密樁處理濕陷性黃土地基的施工質量控制

文／靳莉果、李書強、張奇 中建七局安裝工程有限公司 河南鄭州 450000

1、工程概況

1.1 基礎情況

根據黃河橋村地質災害搬遷項目地質勘察報告顯示，本場地探井孔自重濕陷系數均＜0.015，根據（GB50025-2018）《濕陷性黃土地區建筑標準》表4.4.6，判定為非自重濕陷性黃土場地，場地地基濕陷等級為輕微濕陷I級。采用灰土擠密樁或水泥土擠密樁消除部分濕陷性。基礎采取水泥土擠密樁的方式進行加固，等邊三角形布置，孔徑0.4m，樁間距1.2m，樁長8m，水泥土擠密樁采用沉管法成孔，水泥土擠密樁樁身采用水泥土混合料，體積配合比3:7。涂料選用粉質黏土，有機質含量不超過5%，分層夯實，填料平均壓實系數不應低于0.97。

1.2 地層基本情況

該區域地層基本情況如表1所示：

表1 地層基本情況

1.3 濕陷性黃土性質

1.3.1 物理性質

該區域濕陷性黃土物理性質如下：（1）組成顆粒，濕陷性黃土地區的顆粒物主要由砂粒（粒徑超過0.05mm）、粉粒（粒徑在0.005mm-0.05m）和黏粒（粒徑低于0.005mm）組成，其中大部分地區濕陷性黃土中的粉粒數量占比較高，一般會超過50%，如該工程所在地區濕陷性黃土中粉粒的平均占比為53.6%，粉土性質穩定性較低，受壓后會出現形變，同時其保水能力較強，受擠壓時也會對外排放出較多水分，導致不均勻沉降問題。（2）孔隙比，孔隙比和濕陷性強度存在正比關系，常見孔隙種類有大孔隙（孔隙直徑≥32mm）、中孔隙（孔隙直徑在8-32mm）、小孔隙（孔隙直徑在2-8mm）、微孔隙（孔隙直徑＜2mm）幾種類型，該工程所在區域大孔隙占比較高，濕陷性處于較強的狀態。（3）干容重，該參數和土壤濕陷性之間存在反比關系，該地區部分粉質粘土所層的干容重超過15.0kN/m，處于非濕陷性的狀態，粉土層干容重小于13.0kN/m，位于濕陷性狀態。（4）天然含水量。通常情況下土壤中的天然含水量處于3.3%～25.3%，基于以往實踐經驗可以得知，在土壤中含水率超過25%后，土層不會出現濕陷問題，同時土層的承受壓力也會下降，但對應的壓縮性能處于相反的狀態。該地區土壤中土壤天然含水量的平均值為13.5%，處于濕陷性較強的狀態。

1.3.2 力學性質

該區域濕陷性黃土力學性質如下：（1）壓密性，該性質主要反饋了土體在外部荷載作用下產生變形的情況，該地區的大孔隙數量較多，加上粉土自身性質特征，在受到外部荷載時容易出現較大變形問題，也是后期施工時需要重點關注的內容。（2）抗剪強度，該力學性質的高低和土壤中含水量、土壤密度存在較為直接的關聯性。在含水率較低的狀態下，隨著密度的增大也會帶來剪切強度增加的情況，該區域土壤中的含水量適中，密度處于較為中等的狀態，因此其具有一定的應用強度，也是施工階段需要注意的內容。（3）濕陷性，黃土在浸水后會緩慢吸收水分，隨后會沿著地質逐步下陷，整個過程中的土體抗剪強度也會發生變化，最初土壤的抗剪強度下降速率較大，在達到最大數值后，土體中的含水量也會逐步增加，強度數值對比最初也會有所提升，尤其是初期土體中含水量較高時，底部的抗剪強度也會大于上層土壤。在該區域的土壤中，也存在不同的濕陷情況，這也是后期處理中需要注意的內容。

2、黃土濕陷及水泥土擠密樁機理

2.1 黃土濕陷機理

黃土濕陷問題出現機理主要分為外因和內因兩方面，具體的分析內容如下：（1）導致黃土濕陷的外因在于外部降雨或地下水對土壤的侵蝕，使得土壤中含水量超過某一臨界值，會導致黃土呈現出濕陷性狀態。而且施工時外部荷載作用也會帶來濕陷性問題，這也是施工階段需要重要關注的內容。（2）導致黃土濕陷的內因在于黃土自身結構和物質成分情況，即土壤的顆粒物狀態，具體的排列關系、顆粒物之間的接觸關系、顆粒膠結種類、顆粒物賦存狀態等情況都會對黃土濕陷強弱產生較大影響，這也是導致黃土濕陷形變的重要機理。

2.2 水泥土擠密樁機理

從本質情況來看，水泥土擠密柱法屬于一種依托復合地基原理的加固處理措施。在具體應用中，其具體的加固機理如下：在加固過程中利用打樁機把套管打入到對應的土層中，在此過程中，套管周圍的土層中也會受到相應的水平壓力，從而使土體結構也會逐漸被擠密，土層密度也會不斷提升。隨后會將提前拌制好的水泥土分層回填到套管中，逐層夯實后可以順利形成強度較大的樁體結構，對樁間土體展開進一步擠密。整個過程中也會不斷降低土層中的孔隙率，并且結構的擠密影響范圍也會隨著距離樁體中心距離的增長逐漸減弱，這樣需要通過樁體數量來提升整個濕陷性地基的綜合強度，以達到預期的承載設計要求。

3、水泥土擠密樁處理濕陷性黃土地基的施工質量控制要點

3.1 施工準備階段

在施工準備階段的質量控制要點如下：（1）臨時管線質量檢查，在濕陷性黃土地基的施工現場，存在數量較多的電與管線，這也需要提前做好管線質量檢查、相對位置/對應標高等參數的記錄，為后續施工遷改工程的推進奠定良好基礎。（2）該地區路堤地段基礎清理，按要求做好區域內地表植物根系、腐殖質等內容進行清理，在施工現場中如果存在土坎、溝槽等結構，需要借助推土機和平地機對其進行處理。為了降低區域水源對地基穩定性的影響，在具體的施工活動中，也會對流經作業區域的水源進行提前截斷，搭配排水溝設施，可以確保施工過程中的正常排水，以達到預期的處理要求。（3）和當地氣象部門進行合作，在工作過程中根據氣象部門的反饋數據，做好工作方面的調整工作，如增設臨時排水設施、加固基礎設備、保護成孔等，以此來降低氣候因素對工程施工質量的影響性，營造良好的工程作業環境。

3.2 測量放線階段

在該工程測量放線階段的質量控制要點如下：第一，放樣設備質量檢查，在測量放線工作中會使用到全站儀、水準儀等測量設備，這些測量設備的工作質量也會直接影響到測量放線結果的準確性。在具體實踐中，需要做好這些測量設備質量的檢查和調試，等待其滿足要求后再進行使用，降低設備因素帶來的負面影響。第二，設計圖紙的質量校核，上文中已經提到水泥土擠密樁的擠密影響范圍也會隨著距離樁體中心距離的增長逐漸減弱，這樣需要通過樁體數量來提升整個濕陷性地基的綜合強度。前期也需要做好設計圖紙的綜合設計，確定放樣位置和放樣點數量。在BIM技術輔助下可以對設計圖紙質量進行綜合化考量，對于不滿足質量要求的內容進行及時修正，滿足要求后按設計圖紙進行放樣。第三，根據已經確定的邊界線，從中選擇若干控制點作為標準控制點，誤差控制在±5mm以內，按照梅花型來進行控制點放樣，并且每一個控制點都會進行編號，便于后續復核工作的進行。第四，在放樣工作結束后，也需要按要求做好質量校核與放樣點保護工作，一般情況下，會選用長度為短鋼筋插入到控制點對應位置，露出地面長度為30cm，質量滿足要求后進入到下一作業階段。

3.3 設備組裝階段

在該工程設備組裝階段的質量控制要點如下：（1）做好設備質量控制，在該工程項目的施工中，共設置了5500根水泥土擠密樁，為滿足施工活動的順利推進，所需要投入的施工設備為履帶式柴油打樁機（共有4臺）、卷揚機提升式夯實機（共有4臺）、夯錘（共有4個）和夾桿錘（1個），根據相應的試驗標準和質量驗收規范，對不滿足要求的設備進行更換和調試，等待其達到預期要求后再進行使用。（2）設備組裝質量校核，現場使用的打樁機、夯實機需要在現場進行組裝和調試，組裝的過程中也需要遵循相應規范來進行，控制好各節點安裝質量的檢查工作，打樁機的中心點和控制點之間的偏差值不能超過5mm。（3）在設備使用過程中，也需要加強養護質量檢查，該工程中使用到的水泥土擠密樁數量較多，為加快工程項目的施工進度，許多設備都處于高負荷工作狀態，這也需要在日常工作中做好養護工作，包括每日工作結束后清洗干凈打樁機、夯實機外部附著污漬，并且定期進行一次系統養護，更換損壞和老化元件，從而維持設備正常的工作狀態，達到預期的施工質量要求。

3.4 結構成孔階段

3.4.1 結構成孔階段

在結構成孔階段的質量控制要點如下：（1）在鉆機順利就位后，需要將鉆機鉆頭中心和樁位點進行對準，考慮到打樁機的自重較大，結合濕陷性黃土的基本特征，也需要做好樁點位置基礎點的加固工作，該工程項目的施工中會使用混凝土來對基礎面進行簡單加固，同時簡單平整和夯擊基礎面，以此來確保結構成孔環境，加快相關活動的推進速度。（2）在擠密樁大面積作業前，也需要先進行試樁作業，在具體的試樁實驗中，需要設計單位、甲方單位、檢測單位和施工單位共同進行監督，等待實驗工作結束后相應報告也會提交給對應的設計單位，等待其最終審核并通過后，可以進入到大面積樁施工階段。（3）在沖擊成孔的過程中，樁機的機身需要保持平穩和垂直的狀態，過程中也需要做好質量監督工作，對于發現的垂直度偏差、孔徑過小、孔深不足等問題，也會及時采取措施進行處理，等待所有問題順利解決后，可進入到下一作業階段。

3.4.2 驗孔和清孔階段

等待樁孔順利成型后，進入到驗孔和清孔階段，在該階段的質量控制要點如下：（1）等待成孔工作順利結束后，需要及時進行驗孔作業，此時樁孔的深度已經順利達到了持力層以下，此時會使用鋼尺來對樁孔直徑進行檢測，若不能達到預期設計要求，也需要利用水泥回填夯實等方法進行重新成孔施工，等待其質量滿足要求后才可以進入下一作業環節。（2）在驗孔的過程中如果遇到了塌孔問題，那么此時回填的混合料也需要進行復打成孔作業，直到質量滿足要求并經過監理驗收合格后，可以進入到下一道作業工序當中。（3）在成孔質量檢查中，也需要明確具體的驗收標準，該工程項目的施工中，對于成樁孔的垂直度允許差值為±1%，而樁孔中心距的允許偏差值不能超過樁間距的5%，等待所有驗收工作均滿足要求后，可進入到下一作業階段，以提高作業結果的合理性。

3.5 填料拌制階段

3.5.1 原材料質量控制

在質量控制活動中，基礎工作內容便是做好原材料質量控制，具體的控制要點如下：（1）遵循相應建設規范，參考該地區的基礎情況，選擇相匹配的水泥土材料。在該工程項目的施工中，將粉質粘土作為主要的施工材料，材料粒徑不超過15mm，并且所使用材料的配比控制在3:7，結合該區域氣候條件，所使用水泥土的含水率需要控制在最佳含水率±2%范圍內，以滿足相應的使用要求。（2）在樁結構的應用中，也會使用到素土材料，該工程項目施工過程中，由于樁結構總量較多，因此在施工活動中會將部分打樁鉆孔產出土方、外部采購二類土作為此次施工時的重要材料。對于打樁鉆孔產出土方，會選擇與二類土性質一致的材料，以滿足相應的使用要求。（3）所有原材料質量檢查結果也會形成相應的檢查報告，遞交給監理人員進行核查，確認其滿足要求后才可以進行使用，避免不合理材料混入影響作業質量的情況。

3.5.2 填料拌制質量控制

在填料拌制質量控制環節，應注意以下作業內容：（1）做好室內配比試驗工作，為了降低該工程項目成本支出，會使用部分已開挖的粉質黏土作為施工材料，而且在應用中也需要做好配比試驗，在試驗中需要對不同水泥摻入量情況下，對于無側限抗壓強度的影像情況，并以此為基礎來確定最優化的含水率和最大密度，從而得到準確的配合比分析數據。（2）水泥土擠密樁在具體作業中也需要加強填料攪拌過程控制，在水泥土的具體攪拌中，需要先將相應比例的原材料進行干拌處理，攪拌時間控制在40s左右，隨后向其中添加其他材料，并對各類材料進行濕拌和處理，時間總長度不超過2min，版惡化結束后需要對其性質進行檢查，等待其參數滿足施工要求后，才可以進行應用。（3）結合該地區濕陷性黃土的基本特征，按要求進行拌和的水泥土需要按要求盡快完成回填，避免混凝土凝結影響到最終的施工質量。

3.6 回填夯實階段

在回填夯實階段的質量控制要點如下：（1）工程施工期間使用人工填料的方式進行施工，這也要求參與施工人員專業水平處于較高狀態，以達到預期的施工效果。在回填過程中選擇分層回填的方法進行施工，單次回填土厚度不超過800mm。在操作過程中，會利用小型鏟車來輔助施工，鏟車底部也會添加模板材料，單次鏟起的土體厚度不能超過0.1m，搭配人工輔助填料的方法，確保回填厚度的合理性。（2）做好夯實過程的質量控制，在具體的施工活動中，需要先利用夯機對鉆孔底部進行夯實處理，隨后再進行其他層結構的夯擊。在此過程中夯機的落錘高度應控制在4.0m以上，為確保每次夯擊結果的可靠性，會統一確定具體的落錘高度，如果所使用的夯機為一噸規格，那么過程中遵循“一輕九重”的順序進行夯擊，若所使用的夯機為兩噸規格，那么過程中遵循兩輕四重的順序進行夯擊，控制好相應的夯擊次數，完成夯擊工作后樁直徑不小于0.50m，滿足要求后可進入下一作業要求。

3.7 取樣檢驗階段

3.7.1 取樣階段

在結構順利成型之后，進入到取樣實驗階段，在取樣過程中的質量控制要點如下：（1）為了得到準確的實驗結果，在實驗中會采用隨機抽檢的方式進行實驗，基于相應的檢測規范，在具體實踐中所需要抽檢的樁體數量不能少于總樁數量的1%（即不少于550根），為了更快地鎖定不合規區域，一般都會將該區域細分為若干分區域，每個區域選擇若干數量的樣本，以便于后續分析活動的進行。（2）在完成基礎取樣后也需要對樣本進行編號，如A區第一根擠密樁可以編號為A11，以此類推來完成其他參數的設計，以達到預期的應用要求。在實驗時會利用到靜荷試驗，取樣點數量需要控制在3點以上，并且參考《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2014）中的相關要求對取樣進行預處理，以便于后續分析活動的快速進行。

3.7.2 檢驗階段

進入到樁體檢驗階段后，其質量的控制要求如下：（1）明確具體的檢測內容，在具體實踐中的相關檢測項目和對應的質量檢測標準如下：檢測樁體的壓實系數，該濕陷性黃土施工時的質量標準為平均值不小于0.97；平均擠密系數，該濕陷性黃土施工時的質量標準為平均值不小于0.93；最小樁間土擠密系數，該濕陷性黃土施工時的質量標準為數值不小于0.88；④濕陷性系統數，該濕陷性黃土施工時的質量標準為數值不超過0.015。（2）在具體實踐中也會對施工允許偏差進行計算，在具體的計算活動中，具體的質量要求如下：樁位縱橫向偏差值不能超過50mm；樁體結構的垂直度偏差不能超過1%；樁體的有效直徑和樁長需要滿足設計值要求，參考相應的檢測規范進行操作，以提高操作結果的合理性。

結語：

綜上所述，在濕陷性黃土地基的處理中，水泥土擠密樁具有良好的應用價值，通過整理水泥擠密樁施工技術應用過程中需要注意的相關內容，對于提高樁結構施工質量，加快后續工程作業進度有著積極意義。