高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工技術應用

任志強

摘要 水泥土（灰土）擠密樁是一種新型高速公路路基施工技術，可以對路基原狀土進行橫向擠壓，消除路基濕陷性，整體工藝操作成本較低，效果較佳。因此，文章以一個高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工項目為例，簡單介紹了水泥土（灰土）擠密樁施工技術應用方案、流程及質量問題預防要點，探究了水泥土（灰土）擠密樁施工技術應用效果，希望為水泥土（灰土）擠密樁在高速公路施工中的應用提供一些參考。

關鍵詞 高速公路；水泥土擠密樁施工；灰土擠密樁施工

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）24-0135-04

0 引言

近幾年，各地高速公路建設里程持續延長，作業困難水平持續上升。在高速公路全線建設期間，遇到濕陷性黃土路段的風險較高。濕陷性黃土是一種欠壓實土體，并未達到飽和狀態，相對干密度較小，內部空隙率較大，極易在荷載作用下出現沉降變形。水泥土（灰土）擠密樁是一種可操作性較高的濕陷性黃土處理工藝，將其應用于高速公路黃土路基施工中，有望提高路基整體穩定性。因此，探究高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作技術的應用具有非常突出的現實意義。

1 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作項目一高速公路UHSG-4標段起止樁號為K77+765.618～K100+124.274，全長22.359 km。公路設計速度120 km/h，雙向六車道。該高速公路路基寬為34.5 m，地基處理范圍超出路基排水溝外1 m。

公路沿線分布于黃土臺地區，全線濕陷段落長9.263 km，主要為原生濕陷性黃土，Ⅱ級非自重濕陷性，浸水后易沉陷，厚度不均。對于無法滿足工后沉降要求的橋頭段落，擬采用水泥土（灰土）擠密樁補強處理，分兩個階段開展，第一個階段主要處理主線橋梁橋頭、過渡段等23個工點，共計21.3萬延米，計劃75 d完成施工作業（忽略挖方、互通交通導改等客觀因素影響）；第二個階段主要處理互通挖方段過渡段等10個工點，共計5.3萬延米，計劃60 d完成施工作業。

2 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作方案

高速公路水泥土（灰土）擠密樁主線共計處理長度1 091.1 m，水泥土（灰土）擠密樁28 983根，長度208 577 m；互通共計處理長度972 m，水泥土（灰土）擠密樁9 028根，長60 647 m，局部工程量見表1。

水泥土（灰土）擠密樁處理劃分為橋頭段、橋頭過渡段，各段落處理參數見表2。

高速公路水泥土（灰土）擠密樁處理縱斷面、半橫斷面分別見圖1、圖2。

圖1中，1為橋頭過渡段；2為橋頭段；3為橋梁；4為路床；5為原地面整平高程；6為處理至溜坡坡腳；7為40 cm 4%水泥土墊層（或質量比1∶4的灰土墊層）；8為水泥土（灰土）擠密樁；9為橋臺鉆孔灌注樁。

圖2中，1為路床頂；2為路床；3為邊坡坡度，1∶00；4為40 cm 4%水泥土墊層（或質量比1∶4的灰土墊層）；5為路基中部填料；6為護坡；7為臨時排水溝；8為水泥土（灰土）擠密樁。

3 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作流程

3.1 材料設備人員準備

根據現場作業要求，準備P.042.5級普通硅酸鹽水泥、粉質黏土（有機質含量小于5%）、Ⅲ級以上消石灰（有效氧化鈣與氧化鎂總含量超出55%，粒徑小于5 mm），并提前進行質量檢測，確定消石灰內無未熟化生石灰塊粒及雜質，粉質黏土內無表層耕土、瓦礫、生活垃圾或磚塊。水泥與土體積比為1∶4[1]。在土的天然含水量達到20.5%、土的天然濕密度為1.85 g/cm3、水泥密度1.12 g/cm3時，水泥計量比為18.5∶100；灰土比例為3∶7，灰土含水量在16%左右。在確定水泥土或灰土各種用料計量準確情況下，利用挖掘機與裝載機配合的方式，均勻拌和，確保混合料外觀色澤均勻一致。

根據高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工要求，結合現場用地情況，有序組織柴油錘打樁機（DCB60-15）、強夯機（BWQH35）、挖掘機（PC200）、吊車（25 t）、裝載機、灑水機、發電機（50 kVA）進入現場。需要注意的是，若選擇灰土擠密樁施工，應提前準備消解設備處理生石灰，如石灰粉碎消解機等[2]。

根據現場計劃作業工點，提前安排現場負責人、安全員、技術員、電工、普工等人員進入高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工現場。在上述人員入場后，陸續組織裝載機司機、汽車吊司機、打樁機操作手、打夯機操作手、挖機司機入場。

在設備人員進場后，根據設計參數，選擇面積超出400 m2的場地開展工藝性試樁試驗，以確定具體的水泥土（灰土）擠密樁施工參數，為大面積作業做好準備[3]。試樁第一步，控制放料時間為2 s、夯擊時間為8 s，夯錘提升高度為80 cm；試樁第二步，控制放料時間為3 s，夯擊時間為9 s，夯錘提升高度為80 cm；試樁第三步，控制放料時間為3 s，夯擊時間為10 s，夯錘提升高度為80 cm。試樁操作過程中，技術人員應根據規范要求進行前后測試，包括標準壓實度、復合地基承載力特征值、樁間土擠壓系數等，在檢測水泥土（灰土）擠密樁施工效果的同時，將水泥土（灰土）擠密樁施工前后數據進行對比，檢驗處理地基與設計要求差距，有針對性地調整，確定正式的水泥土（灰土）擠密樁施工參數。

3.2 孔位布置

孔位布置前，清除場地表面石塊、樹根、垃圾、農作物等地表附著物，將素土回填到低洼路段并機械碾壓至設計高程（壓實度大于85%）[4]。根據區段地基土最佳含水量要求，提前進行增濕，確保地基土含水量超出12%。根據樁位設計圖，高速公路水泥土（灰土）擠密樁梅花形平面布置見圖3。

圖3中，1為水泥土（灰土）擠密樁，樁點為正三角形，樁長為施工圖設計長度，樁徑為0.5 m；d為樁間距，1.5 m和1.8 m。根據圖3，技術人員可以成排放出中樁、邊樁，并結合原有路基邊樁、坡腳樁、中樁、斷面樁位置，利用鋼尺、掛線逐一測量設計樁位，樁位與路中心維持一定距離，各個樁位均用木樁固定，或者利用電鉆鉆孔灌入白灰標記樁位，各孔對應樁位順次編號，確保樁位、樁量與平面分布間距均與設計要求相符。

3.3 成孔控制

根據圖3，技術人員在平整堅實場地設置樁機（必要時鋪墊鋼板），確定樁機底盤水平。隨后技術人員可以調整樁機位置，確定樁機沉管尖端對準樁位（尖端與樁位偏差小于10 mm），樁管與地面呈90°（偏差小于1.5%），擴樁機架保持水平。確認樁機位置無誤后，技術人員可以根據設計長度，借助沉管擠密法隔排（或隔樁）跳打成孔，由外向內操作，同排成孔間隔2孔，相鄰樁孔中心距離相同，控制孔距偏差≤±100 mm，孔徑與孔深均≥設計值。成孔期間，樁機維持平穩，將帶有特制樁尖的鋼制樁管對準樁位打入土層至設計深度，輕輕擊打緩慢下沉后緩慢拔出。同時技術人員應控制拔管速度，在拔管前停頓10 s左右，確保成孔完整性。若拔管阻力較大，技術人員可以將寬5 cm、厚1.2 cm的環箍增設到樁尖、樁管連接部位，降低拔管阻力。

成孔后，技術人員應及時清理孔底雜質，利用打夯機平整密實夯擊，夯擊次數為8次及以上[5]。進而逐一檢查孔中心垂直度、位移、深度、孔徑，確認無誤后利用蓋板覆蓋孔口，準備進行下一道工序作業。

3.4 回填夯擊

回填前，技術人員應記錄實測虛土厚度、實際孔深與設計樁長差值，確定虛土厚度小于500 mm時，利用直徑小于樁孔直徑9～12 cm的100 kg及以上重量夯錘夯擊孔底，直到發出清脆聲響。若虛土厚度超出500 mm，則需要進行復打處理，一般第1遍夯擊能為2 000 kN·m，第2遍夯擊能為1 000 kN·m。

確定樁孔內無雜物、積水且底部已整平穩固后，技術人員可準備前期拌和的水泥土或灰土（拌和時間小于6 h），均勻回填至孔內[6]。回填后，立即將夯機對準樁孔中心，借助夯錘自由下落由外向內間隔進行夯實，最大夯擊能設定為2 000 kN·m，落錘與土體頂面高差超出200 cm，夯錘提升高度超出60 cm，夾桿錘與土體頂面高差超出60 cm，錘地面靜壓力超出20 kPa，每鍬土夯擊次數超出5次，樁間土擠密系數超出0.9，樁體內平均壓實度超出93%。若夯打時出現嚴重縮頸問題，技術人員可以向孔內填入生石灰塊或干砂、干水泥、粉煤灰、碎磚渣，降低含水量，合理控制樁的有效擠密范圍。

在樁頂設計標高上預先留設40 cm左右厚的覆蓋土層，待成樁檢測合格后，將預留土層挖除，重新鋪設40 cm厚水泥土拌和墊層（或質量比1∶4的灰土墊層），水泥土質量比為1∶25，確保樁間土天然地基承載力達標。

水泥土（灰土）擠密樁成型后，技術人員應加鋪塑料薄膜進行養護，控制養護期間環境濕度均勻變化，并加強交通管制，持續養護7 d及以上。

4 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施作質量問題及預防

4.1 縮頸堵塞

土層含水量過大、工作段安排不恰當、成孔后未及時清底等，均會引發高速公路水泥土（灰土）擠密樁縮頸堵塞問題。基于此，一方面，在土層含水率較高的水泥土（灰土）擠密樁施工時，技術人員應預先采取井點降水法，將土層含水率降低至設計限度內，直到水泥土（灰土）擠密樁全部施工完畢且樁體凝固。對于個別無法實施井點降水的長樁，可以在8 m以上樁長位置借助沉管擠密成孔，8 m以下樁長位置則借助電動洛陽鏟掏孔，減少地下水頭向孔口位置涌動引發的堵塞縮頸現象。另一方面，在施工期間，技術人員應嚴格貫徹先外排施工后內排施工的原則，同排施工間隔1個或2個孔成樁，打一孔即清理底部雜物，并夯實、平整孔底，確定孔底水平情況下回填灰土或水泥土，回填孔后進行下一個孔打設，避免打孔位置振動擠壓引發相鄰樁縮頸或堵塞現象。

4.2 樁身疏松

高速公路水泥土（灰土）擠密樁樁身疏松問題與樁身回填夯擊不密實具有較大關系。在成孔深度與設計規定要求相符情況下，技術人員應先夯擊孔底3錘或4錘，根據試樁要求，邊回填邊夯擊。對于個別持力層范圍內（5～10倍樁徑深度范圍），應適當增加錘擊次數，每次錘擊用夯錘重量應當超出100 kg，且夯錘型號為梨頭錘（或棗核形錘），避免選擇平頭夯錘，以密實夯擊邊緣土，避免邊緣土疏松問題。同時在現場回填夯擊操作時，技術人員應注重均勻拌和回填料，嚴格控制回填料的含水量，確保每一個樁孔回填用水泥土或灰土與計算用量基本相符。

4.3 樁身斷裂

高速公路水泥土（灰土）擠密樁樁身斷裂與樁孔回填不均、夯實不密實、樁身彎曲超出規定、樁尖偏離樁縱軸線過大、樁回填夯擊期間遇大塊堅硬障礙物等有較大關系。因此，在均勻回填水泥土或灰土拌和料的基礎上，技術人員應根據高速公路水泥土（灰土）擠密樁設計方案以及試樁參數，結合樁體壓實系數超出0.93、樁間土擠密系數超出0.97，進行嚴密監測，及時發現樁回填夯擊參數與設計參數偏差，及時調整并清除障礙物，確定樁體夯擊質量達標。期間，技術人員應依據樁總數0.5%的標準，抽樣觀測樁身彎曲度以及樁位與樁縱軸線偏差，及時調整，確保樁彎曲度偏差小于1.5%，樁位與樁縱軸線偏差小于0.25d（d為樁徑）。

5 高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工技術應用效果

在水泥土（灰土）擠密樁間填料養護作業進入尾聲時，依據總孔數1%（≥9孔）的標準，開展填料壓實質量檢測[7]。填料壓實質量檢測時，需要從樁頂填料著手，取土樣進行土層干容重檢測，將實測土樣干容重與標準干容重對比后得出結果，計算公式如下：

式中，K——壓實度；ρ——土料干容重（N/m3）；ρd——土料最大干容重（N/m3）。將檢測結果代入公式后，檢測結果見表3。同時，依據總樁孔0.3%（大于等于3孔）的標準，進行樁間土擠密效果檢測，檢測結果見表3。樁間土擠密效果檢測時需要從樁頂高程向下0.5 m開始，依據每1 m取2個土樣的標準，進行土層干密度檢測，其中一個土樣位于樁孔外100 mm位置，另外一個土樣取自相鄰水泥土（灰土）擠密樁中心點。根據所取土樣干密度測定結果，計算全處理厚度內樁間土平均擠密系數，計算公式如下：

式中，——樁間土的擠密系數；——樁間土的平均干密度（t/m3）；——樁間土的最大干密度（t/m3）。將檢測結果代入公式后，得出結果見表3。

成樁后14～28 d之間，依據總樁數的0.2～0.5%（≥3處）的標準，檢測復合地基承載力特征值，得出結果見表3。

由表3可知，高速公路水泥土（灰土）擠密樁施工技術應用效果良好，達到設計要求。

6 總結

綜上所述，水泥土（灰土）擠密樁主要是借助打樁機重錘錘擊鋼管成孔的方式橫向擠壓路基原狀土，以消除路基原狀土濕陷性。再向孔內加入水泥土或石灰土，逐層夯實，打造承載力較高的復合地基。因此，技術人員應根據高速公路路基特性，恰當應用石灰回填擠密成樁或水泥回填擠密成樁技術，并著重控制原材料配比、孔位布設、分層回填夯擊等環節，確保水泥土（灰土）擠密樁在高速公路濕陷性黃土路基處理中的有效應用。

參考文獻

[1]李成. 灰土擠密樁技術在高速公路施工中的應用[J]. 工程機械與維修， 2022（5）： 75-77.

[2]馬俊堯. 銀昆高速公路濕陷性黃土地基水泥土擠密樁處理試驗研究[J]. 鐵道建筑技術， 2022（1）： 143-147.

[3]王海英， 王喜川， 張英治， 等. 建筑垃圾再生材料灰土擠密樁成樁應用試驗[J]. 建筑科學與工程學報， 2022（5）： 232-240.

[4]張莉. 灰土擠密樁加固軟土地區公路路基參數影響分析[J]. 山東交通科技， 2022（3）： 149-151.

[5]安月川. 灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應用[J]. 工程建設與設計， 2023（18）： 202-204.

[6]董海洋. 高路堤灰土擠密樁加固效果分析[J]. 北方交通， 2023（9）： 46-50.

[7]孫冬爽. 灰土擠密樁在公路軟土路基中的加固效果研究[J]. 交通世界， 2022（14）： 95-97.