擠密樁處理濕陷性黃土高速公路路基的研究

王震

摘 要： 濕陷性黃土遇水強度降低，產生明顯變形，嚴重危害高速公路的運營安全，導致路面出現開裂和沉降。以某采用灰土擠密樁處理的濕陷性黃土路基為例，詳細闡述了施工準備、成孔施工、灰土拌合、灰土夯填、施工質量檢測等工序的施工要點。對灰土擠密樁處理后樁身填料壓實系數、樁間土擠密系數、復合地基承載力和濕陷系數進行檢測。研究表明：樁身填料壓實系數和樁間土擠密系數的平均值和極小值均滿足要求；復合地基承載力特征值為200 kPa，超過設計要求的限值；路基經過加固后的濕陷系數都遠低于允許值0.015，即路基10 m范圍內經過擠密樁加固后濕陷性已消除。

關鍵詞： 高速公路 濕陷性黃土 灰土擠密樁 壓實系數 濕陷系數

中圖分類號： U416文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）04-0038-03

Research on the Treatment of Collapsible Loess Expressway Roadbeds with Compaction Piles

WANG Zhen

Qingdao International Cruise Port Service Administration Bureau， Qingdao， Shandong Province， 266005 China

Abstract： The strength of collapsible loess decreases when encountering water， causing significant deformation， which seriously endangers the operational safety of highways， and leads to the cracking and settlement of the road surface. This article takes a collapsible loess roadbed treated with lime-soil compaction piles as an example， elaborates on the construction points of processes such as construction preparation， pore-forming construction， lime-soil mixing， lime-soil compaction and filling， and construction quality inspection， and tests the compaction coefficient of pile filler， the soil compaction coefficient of between piles， the bearing capacity of the composite roadbed， and the collapsibility coefficient after treatment with lime-soil compaction piles. Research results have shown that the average and minimum values of both the compaction coefficient of pile filler and the soil compaction coefficient between piles meet requirements， the characteristic value of the bearing capacity of the composite roadbed is 200kPa， which exceeds the limit value of design requirements， and that the collapsibility coefficient of the roadbed after reinforcement is much lower than the allowable value of 0.015， which means that the collapsibility has been eliminated within 10 meters of the roadbed after reinforcement with compaction piles.

Key Words： Expressway； Collapsible loess； Lime-soil compaction pile； Compaction coefficient； Coefficient of collapsibility

天然濕度下濕陷性黃土具有壓縮性低、強度高等特點，但當遇水浸泡后，其強度明顯減小，產生顯著的濕陷變形現象[1]。黃土浸水產生濕陷變形易導致公路出現嚴重沉降和開裂，對公路的正常運營有顯著的負面影響[2]。

針對濕陷性黃土特性及相應地基處理方法的問題，國內已有較多學者通過解析法、有限元法、試驗法、監測法開展一系列研究，并取得了豐碩的成果。基于增濕變形試驗，邵顯顯等人[1]研究了黃土從非飽和到飽和狀態的變形特性變化，并提出臨界孔隙比的概念。并基于SEM和MIP，研究了黃土微觀結構與其增濕變形特性的關系。蘇忍等人[2]以蘭州地鐵3號線為研究對象，通過開展典型大厚度濕陷性黃土場地地面浸水試驗，研究了浸水后黃土不同深度變形規律。結合室內試驗分析了黃土濕陷性對地下結構的影響。王雪浪等人[3]基于前人試驗分析，研究了灰土擠密樁加固濕陷性黃土機理。通過解析法求解了灰土擠密樁加固后地基的孔隙比和密實度，進而計算出復合地基的承載力。楊校輝等人[4]通過對大厚度濕陷性黃土場地進行浸水試驗，研究了擠密樁處理后不同深度的土層變形、含水率等變化規律。

本文以高速公路濕陷性黃土路基作為研究對象，該工程用灰土擠密樁處理濕陷性黃土。合理安排施工工序，嚴格把控施工質量管理。通過不同檢測方法檢測灰土擠密樁的處理效果。

1 工程概況

某高速公路二標段全長18.542 km，起止樁號K2865+000～K2883.542。該工程一部分地處濕陷性黃土場地，濕陷性黃土深度范圍1.5～7.9 m。工程中采用灰土擠密樁處理濕陷性黃土。擠密樁樁徑0.4 m、樁距1.2 m，等三角形布置，樁長6～12 m。

2 施工工序與控制要點

2.1 施工準備

施工擠密樁前，按規定需完全清理場區內土體，并用平地機整平場地。路基黃土含水量處于最佳時加固效果最佳。當含水量較小時，需先用水浸濕所需要處理的場地，使其盡可能達到最佳含水量后再施工。當含水量較大時，應進行套管成孔，一定時間后，重新將樁管沉入地基[5]。

加固之前，認真開展圖紙會審和技術交底，仔細復核和校正水準點、基準線，確認完全沒問題后再放樣樁位，及時撒上白灰做好記號。

2.2 成孔施工

柴油打樁機對準樁位，在打樁機標記出設計打樁深度，保持打樁機樁管垂直。將打樁機的鋼管插入地基土至預設樁長后拔出，形成樁孔。成樁過程中保持打樁機的穩定性，打樁過程中不傾斜移動。開始打樁時輕擊慢沉，待穩定后勻速擊沉。鋼管打到預設深度后立刻拔出，不宜久置，以防久置后難以拔出。成孔后對孔徑、垂直度、孔深和中心位置進行檢查，保證垂直度在±1%偏差內，孔中心距在±5%偏差內。待檢查合格后進行下道施工工序[6-8]。

2.3 灰土拌合

選擇帶自動計量系統的拌合機拌合灰土，隨后用攪拌機篩出。依據實際需求量拌合灰土和石灰，并且拌合后要進行檢測，合格后可填筑樁體，已經攪拌的灰土1 d內必須使用。保持灰土接近最優含水率，當超出+2%最優含水率時，應晾曬；當低于+2%最優含水率時，應倒水浸濕。雨水天氣不可拌制灰土，保證灰土質量。

2.4 灰土夯填

樁孔需清理干凈并夯實后才能填灰土，夯擊不得少于20次，依據預設的分層回填厚度逐層填料并夯擊。該工程每層回填0.2 m厚，夯錘高度不低于0.5 m，夯擊12次。填料夯實過程需工人專門監測并記錄。夯錘垂直對準樁孔中心位置，平穩落入樁孔。

2.5 加固處理效果檢測

對加固處理后的濕陷性黃土路基進行檢測，主要進行壓實試驗以檢測擠密系數和壓實系數、地基靜荷載試驗以檢測加固后地基承載力、土工試驗以檢測加固后路基濕陷系數。

3 處理效果評價

3.1 評價標準

濕陷性黃土路基處理后設計要求的質量評價標準如下。

（1）樁身填料壓實系數：允許偏差平均值不小于97%，極小值不小于93%，檢測頻率不小于總孔數的2%，采用現場取樣的檢查方法。

（2）樁間土擠密系數：允許偏差平均值不小于93%，極小值不小于88%，檢測頻率不小于總孔數的0.3%，按規范方法檢查。

（3）復合地基承載力：復合地基不小于200 kPa，檢測頻率不小于總樁數的1%，靜荷載試驗檢查。

（4）濕陷系數：濕陷系數不大于0.015，檢測頻率不小于總樁數的0.3%，室內土工試驗檢查。

3.2 樁身填料壓實系數

抽檢3根灰土擠密樁測得其干密度和壓實系數，繪制沿深度的變化曲線，見圖1。從圖1中可以看出，3根樁的平均壓實系數分別為92.3、97.6和98.2，三者的極小值都不小于93%，滿足上述標準。

3.3 樁間土擠密系數

抽檢另外3根擠密樁孔土樣，表1給出了不同取樣深度處干密度實測值和擠密系數。從表1中可以看出，3根檢測樁的擠密系數平均值為93.9，且3根擠密樁測點擠密系數極小值都不小于88%，滿足上述標準。

3.4 復合地基承載力

對路基加固處理后選取10個檢測點開展靜荷載試驗，最大加載為400 kPa，表2給出了檢測結果。從表2中可以看出，路基經過加固后，10組檢測點的試驗結果極差小于30%的平均值，因此取平均值作為復合地基承載力特征值，即200 kPa。滿足fspk≥200 kPa設計要求。

3.5 復合地基承載力

對路基加固處理后選取3個擠密樁探測10個深度的濕陷系數，分別為0.004、0.002、0.005、0.002、0.005、0.004、0.004、0.003、0.004、0.004。可見，路基經過加固后的濕陷系數都遠低于允許值0.015，即路基10 m范圍內經過擠密樁加固后濕陷性已消除。

綜上所述，本工程所采用的灰土擠密樁處理濕陷性黃土有顯著的效果。

4 結語

本文以高速公路濕陷性黃土路基作為研究對象，采取灰土擠密樁作為處理措施。針對實際施工狀況，合理安排施工工序，嚴格把控施工質量管理，采用合理檢測法對處理后地基進行檢測。通過對灰土擠密樁處理后樁身填料壓實系數、樁間土擠密系數、復合地基承載力和濕陷系數的檢測，證明了灰土擠密樁對處理本工程的濕陷性黃土路基有優異的效果。

參考文獻

[1]邵顯顯，張虎元，何東進，等.壓實黃土非飽和增濕變形過程及其微觀機制[J].長江科學院院報，2019，36（4）：82-87，92.

[2]蘇忍，張恒睿，張穩軍，等.蘭州地鐵大厚度濕陷性黃土地層的現場浸水試驗研究[J].土木工程學報， 2020，53（S1）：186-193.

[3]王雪浪，朱彥鵬.灰土擠密樁處理濕陷性黃土地基理論分析及試驗[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2010，42（2）：288-293.

[4]楊校輝，黃雪峰，朱彥鵬，等.大厚度自重濕陷性黃土地基處理深度和濕陷性評價試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2014，33（5）：1063-1074.

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[7]王浩宇.螺桿灌注樁豎向抗拔承載特性的試驗研究[D].北京：中國建筑科學研究院有限公司，2023.

[8]李剛.灰土擠密樁在公路黃土地基治理中的應用[J].工程建設與設計，2022（4）：129-132.