灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應(yīng)用

安月川

（河北高速公路集團(tuán)有限公司廊坊分公司，河北廊坊 065099）

1 引言

高速公路屬于高等級(jí)公路類型，施工難度大，里程長(zhǎng)，且技術(shù)要求較高，隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，高速公路建設(shè)有了更高的要求。 高速公路路基工程中， 常會(huì)遇到黃土路基，通常情況下黃土路基具備典型的濕陷性、膨縮性以及敏感性等，長(zhǎng)時(shí)間荷載作用下黃土路基容易產(chǎn)生沉降變形，影響整體公路的施工質(zhì)量[1]。 對(duì)于濕陷性黃土路基，采用灰土擠密樁施工技術(shù)可進(jìn)行有效的處理，與原路基土體形成復(fù)合式結(jié)構(gòu)，極大地提高路基整體的穩(wěn)定性。

2 濕陷性黃土的工程特性

濕陷性黃土為一類欠壓實(shí)土體，其未能達(dá)到飽和狀態(tài)，導(dǎo)致內(nèi)部孔隙率較大，相對(duì)干密度較小，呈濕陷性特征，如圖1所示。 濕陷性黃土工程特性具體如下。

圖1 濕陷性黃土結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 濕陷性

多數(shù)濕陷性黃土內(nèi)部含有易溶鹽， 當(dāng)濕陷性黃土受地表水侵蝕時(shí)，易溶鹽與水接觸后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)溶解，從而降低了黃土顆粒之間的膠合作用，導(dǎo)致土體的穩(wěn)定性降低[2]。 受到侵蝕的黃土中會(huì)有一部分向下沉積， 與下層土粒形成較大牽引力，使得黃土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加疏松，呈蜂窩狀，在地表水的進(jìn)一步侵蝕下其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)不斷擴(kuò)大，最終呈現(xiàn)濕陷性。

2.2 膨縮性

濕陷性黃土容易受到積水的侵蝕而產(chǎn)生超正常狀態(tài)的膨脹反應(yīng)，而當(dāng)水分發(fā)生蒸發(fā)干燥時(shí)，此時(shí)又會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象。在膨脹和收縮不斷作用下，濕陷性黃土內(nèi)外部會(huì)產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而降低黃土的整體穩(wěn)定性[3]。

2.3 敏感性

濕陷性黃土對(duì)含水量有較大的敏感反應(yīng)， 當(dāng)水量超出控制標(biāo)準(zhǔn)后，濕陷性黃土?xí)a(chǎn)生翻漿現(xiàn)象，而當(dāng)含水量低于控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則因土壤過(guò)干而存在揚(yáng)塵問(wèn)題。

3 灰土擠密樁的施工原理及作用

灰土擠密樁技術(shù)主要施工原理為按照設(shè)計(jì)的配比（一般為2∶8 或3∶7）將素土和石灰進(jìn)行均勻拌和，結(jié)合分層夯實(shí)的方式將拌制好的灰土填入孔洞內(nèi)， 在擠密成孔的過(guò)程中會(huì)不斷將孔內(nèi)土體向外排出，樁間土體密度不斷提高，進(jìn)而夯實(shí)城完整的樁體結(jié)構(gòu)，起到共同抵御外界荷載的作用。 灰土擠密樁復(fù)合地基的主要工程作用如下。

3.1 樁體的作用

復(fù)合地基樁體的整體剛度較大， 當(dāng)剛性基層承受荷載作用時(shí)，產(chǎn)生的變形主要集中樁體之上，樁間土層所承受的荷載相對(duì)較小，減少了地基土所需承受的荷載，復(fù)合地基較原地基承載力提高，并且減少了沉降量[4]。

3.2 墊層的作用

樁體與樁間土之間形成了復(fù)合地基， 同時(shí)與上部墊層形成雙層地基，可共同承擔(dān)荷載并分散作用力。

3.3 擠密作用

灰土樁在成孔過(guò)程中，樁間土受到擠壓，土顆粒間的孔隙變小，體層密實(shí)度變大，另外，結(jié)合石灰的吸水發(fā)熱膨脹作用，可進(jìn)一步起到樁間土擠密的作用。 具體原理為：樁體深入土體內(nèi)部后使得地基土層劃分為樁端土與樁間土兩部分，其中，樁端土在經(jīng)過(guò)擠壓作用后發(fā)生橫向和豎向位移， 直接改變了原土層的結(jié)構(gòu)特性， 樁體側(cè)邊土體在沉管沉降作用下會(huì)出現(xiàn)擠密流動(dòng)，此時(shí)樁尖位置的土體朝四側(cè)擠壓，最終使得樁邊土體的密實(shí)度不斷增大，并伴隨著土體的濕陷性變低。 結(jié)合擠密作用效果各樁體樁間土體密度會(huì)變大， 此時(shí)降低了土層各粒徑顆粒的空隙， 同時(shí)石灰和土層中的水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)促進(jìn)土層的固結(jié)，最終構(gòu)成結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度穩(wěn)定的圓柱形樁體結(jié)構(gòu)，與土體形成復(fù)合型地基。

4 工程概況

某高速公路全線共長(zhǎng)98.310 km，按照雙向四車道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h，路基寬度為26.5 m，橋隧比約為67.8%。 經(jīng)地質(zhì)勘察得出，該高速公路路線范圍內(nèi)存在濕陷性黃土，具有較強(qiáng)的保水性和膨脹性，若不對(duì)其進(jìn)行加固處理容易導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉降變形。 經(jīng)研究，施工單位擬采用灰土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土路基加固處理， 并對(duì)其施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究分析。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的黃土濕陷類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，通常規(guī)定為自重濕陷量小于或等于70 mm 時(shí)， 應(yīng)當(dāng)判定為非自重濕陷性黃土地基，反之當(dāng)自重濕陷量大于70 mm 時(shí)，則應(yīng)判定為自重濕陷性黃土地基。 結(jié)合室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，采用鉆芯取樣的方式測(cè)得實(shí)際的自重濕陷量，以評(píng)價(jià)實(shí)際的濕陷類型。

5 灰土擠密樁施工技術(shù)要點(diǎn)

5.1 施工準(zhǔn)備

施工技術(shù)人員提前對(duì)所在施工場(chǎng)區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣，場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在的雜物、垃圾以及廢料需及時(shí)予以清除，多余土體也需徹底挖除，并借助平地機(jī)完成表層土體的整平，選用灑水車進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灑水清掃。

5.2 樁位布置

樁位按照正三角形進(jìn)行設(shè)置，按照參照物布置樁點(diǎn)（縱軸為路線走向，橫軸確定為路基橫斷面），并對(duì)各樁位進(jìn)行編號(hào)。

5.3 生石灰消解

灰土擠密樁的主要原材料為熟石灰，用量較大，會(huì)影響周邊環(huán)境，同時(shí)還會(huì)占用較多的施工場(chǎng)地，需采用專門的消解設(shè)備進(jìn)行處理，本項(xiàng)目選用石灰粉碎消解機(jī)進(jìn)行施工。

5.4 拌和灰土

灰土的配比需通過(guò)嚴(yán)格的室內(nèi)試驗(yàn)確定，本項(xiàng)目選用3∶7的灰土比例，同時(shí)控制好灰土的含水量，一般控制在16%左右為宜，這樣能確保灰土的整體固結(jié)性良好，不輕易發(fā)生松散。

5.5 成孔施工

首先進(jìn)行室內(nèi)成孔擠密試驗(yàn)， 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)擠密效果，再制訂合理的設(shè)計(jì)方案，一般設(shè)定3 個(gè)及以上的成孔進(jìn)行試驗(yàn)，以提高試驗(yàn)精確度。 結(jié)合試驗(yàn)過(guò)程總結(jié)施工方案，為后續(xù)施工提供參考。 成孔擠密施工常用的方法有爆擴(kuò)法、 沉管法、沖擊法等，結(jié)合不同的土質(zhì)特性和地質(zhì)條件來(lái)選擇合適的成孔方式。 選定沖擊法進(jìn)行成孔施工，將沉管機(jī)運(yùn)輸后固定，保持樁身位置統(tǒng)一，垂直度校核至誤差在1.5%以內(nèi)，待樁尖進(jìn)入土層后再降低夯擊。

5.6 填料拌和及運(yùn)輸

按照設(shè)計(jì)的配合比選定各施工材料的摻量和用量， 將各材料均勻拌和，顏色不得出現(xiàn)較大變化，同時(shí)在拌和過(guò)程中摻加適量的水分，保持與最佳含水量相差不大于1%，含水量過(guò)大時(shí)會(huì)出現(xiàn)花白料等問(wèn)題的產(chǎn)生。 填料拌和完畢后采用專門的運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸過(guò)程中做好各種防護(hù)措施，保證溫度和水分散失過(guò)快，影響材料的正常使用。

5.7 樁孔填夯

按照設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)孔徑、垂直度等指標(biāo)進(jìn)行檢查，確保成孔質(zhì)量。 為了減少施工中的縮孔現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)孔底進(jìn)行夯實(shí)，并將虛土進(jìn)行處理，確定最佳夯擊次數(shù)。 按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行夯填施工，分層回填填料，每一層的厚度不得大于400 mm[5]。在樁孔中采用量斗進(jìn)行下料處理，使得標(biāo)高設(shè)計(jì)滿足規(guī)范。 在夯實(shí)過(guò)程中夯實(shí)機(jī)不得隨意傾斜和移動(dòng)， 施工技術(shù)人員及時(shí)記錄相關(guān)施工參數(shù)，為后續(xù)監(jiān)理驗(yàn)收提供參考。 樁體成型后及時(shí)檢測(cè)樁體質(zhì)量，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)處應(yīng)及時(shí)修改。

5.8 養(yǎng)護(hù)

灰土擠密樁成型后加鋪塑料薄膜對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)， 養(yǎng)護(hù)周期一般為7 d 左右[6]，保持濕度變化不能過(guò)大，同時(shí)結(jié)合交通運(yùn)輸部門做好交通管制， 養(yǎng)護(hù)期間嚴(yán)禁不必要的車輛行人進(jìn)入，破壞施工現(xiàn)場(chǎng)。

5.9 灰土擠密樁施工質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)該高速公路濕陷性黃土路基采用灰土擠密樁處理后，通過(guò)鉆芯取樣的方式得到路基試樣后進(jìn)行室內(nèi)載荷試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)處治后的路基土的濕陷性和承載力[7]，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。 然后對(duì)灰土擠密樁施工前后路基土體物理力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表2）。 結(jié)果表明，采用灰土擠密樁技術(shù)可有效提高濕陷性黃土路基的穩(wěn)定性和承載能力， 且無(wú)明顯沉降變形現(xiàn)象。

表1 灰土擠密樁靜載荷檢測(cè)結(jié)果

表2 路基物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

濕陷性黃土路基在高速公路建設(shè)過(guò)程中較為常見(jiàn)，本文基于濕陷性黃土路基的工程特性， 提出采用灰土擠密樁施工技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處置， 對(duì)灰土擠密樁施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析。 研究結(jié)果表明，采用灰土擠密樁施工技術(shù)可有效改善濕陷性黃土路基工程特性，提升路基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、承載力和穩(wěn)定性， 應(yīng)用在濕陷性黃土路基處理中具有較高的可行性和實(shí)用性。