灰土挤密桩在湿陷性黄土路基处理中的应用

强文伟

中铁电气化局西安铁路工程公司一段，陕西 宝鸡 721000

1 工程概况

工程位于甘肃省天水市麦积区境内，其中DIK1366+470～+608段路基主要以填方为主，分布有湿陷性黄土，具自重湿陷性，湿陷土层厚度约15m，湿陷等级Ⅲ级。故采用灰土挤密桩进行地基处理，共设计2506孔，桩长26342m，桩径0.4m，桩间距0.9m，梅花型布置。

2 工艺原理

灰土挤密桩法是利用锤击沉管或振动沉管在地基土形成桩孔过程中，原处于桩孔部位的土体全部被挤入桩孔周围的土体中，使距桩孔四周一定距离内的天然基土横向得到挤密，从而使两孔或三孔间的土体干密度增加，压缩性降低，湿陷性消除，并在桩孔中逐层夯填二八灰土等柔性材料形成桩体。

夯填填料后，桩体内大部分带有负电荷的土颗粒与灰土中的钙离子Ca+发生交换吸附，能在土颗粒表面凝结成团块，从而改善土力学性能。随着土颗粒表面或邻近氧化钙微粒与水接触，氧化钙颗粒溶解，和水中胶质二氧化硅发生反应，生成硅酸钙水化物，使土颗粒缠绕在一起，产生胶结强度，这就是灰土加固、提高强度的主要原因。

3 施工工艺

3.1 施工准备

1）平整场地，施工前应清除场内地上、地下构筑物、管线等障碍物（必要时进行现场探测）。当施工对周围建筑物可能造成不利影响时，应协商采取拆除、防振等措施，对其进行必要的处理(或保护)后方可施工；

2）复核地基天然土的含水率、饱和度，以便制定正确的应对措施。当地基天然土的含水率小于12%时，土呈坚硬状态，成孔挤密很困难，且设备容易损坏；当天然土的含水率等于或大于24%、饱和度大于65%时，桩孔可能缩顶，桩孔周围的土容易隆起，挤密效果差；当天然土的含水量接近最优（或塑限）含水量时，成孔施工进度快，桩间土的挤密效果好。因此，在成孔过程中，掌握好拟处理地基土的含水量不要过大或太小。当土的含水量低于12%时，应对拟处理范围内的土层进行增湿；当桩孔内有渗水或积水时，应及时将水排出地表；

3）测量放线，定出控制轴线、打桩场地边线并标识；

4）成孔机械表面应有明显的进尺标记，以此来控制成孔深度。

3.2 填料选取

灰土中的素土应选用洁净的黄土，有机质含量不得超过5%，土料颗粒不得大于10mm。石灰应选用新鲜消石灰粉，其颗粒直径≤5mm，不含未熟化生石灰块。石灰的质量选用Ⅲ级及以上，活性CaO+MgO含量（按干容重计）不低于55%。二八灰土采用厂拌，根据土工试验严格控制灰土含水量。若含水量大采用分摊晾干，若含水量小采用洒水润湿。每天施工前测定土的含水量，使拌和后灰土的含水量接近最佳含水量。灰土拌制根据回填要求随拌随用，已拌成灰土不得超过24小时或隔夜使用，被雨水淋湿、浸泡灰土（水泥土）严禁使用，按作废处理。下雨期间不进行灰土拌制。

3.3 试桩

在试桩区试打一部分挤密桩，通过载荷试验复核地基承载力，取土样测定处理深度内桩间土的压缩性和湿陷性，检验处理深度内桩体和桩间土干密度，验证桩体平均压实系数和桩间土的挤密系数是否满足设计要求，从而进一步验证设计参数是否正确。此外试桩还能了解现场沉管的难易（有无硬夹层，并与勘察报告对比），桩孔回落土情况，以及对应的回填量与夯击次数等。

3.4 成孔

采用沉桩机将与桩孔同直径钢管打入土中拔管成孔，桩管顶设桩帽，下端做成60°角度锥形活动桩尖，施工前在桩架或钢管上标出控制深度标记，以便施工中进行钢管深度观测。成孔后清底夯实、夯平，夯实次数不小于8击，成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查，合格后进行下道工序施工或用盖板盖住孔口防止杂物落入。

为确保挤密效果，且有效避免塌孔，施工时先两边后中间，隔行单排跳打， 三遍打完。在成孔或拔管过程中，对桩孔（或桩顶）上部土层有一定的松动作用，因此在施工前应预留0.5m厚的松动土层，待成孔和桩孔回填夯实结束后铺灰土垫层前将其挖除或夯实处理。

3.5 桩体夯填

1）夯机就位：夯机就位后应准确平稳，夯锤与桩孔对中，确保夯锤能自由下落至孔底；

2）回填前应将孔底回落土夯击4～8次，然后开始分层填料夯实；

3）填料：为保证桩体压实度符合设计要求，夯填时采用“三锹四锤”，即人工填料三锹，机械夯击四锤，夯锤落高保持在2m～3m；

4）素土加湿、灰土拌合和桩孔夯填均专人负责，及时检查监督，每个桩孔的填夯必须做好记录。

3.6 垫层

二八灰土垫层厚0.5m，分两层用压路机进行碾压，碾压遍数为4遍，在边缘和接缝处增加了碾压遍数，压实系数控制在λc≥0.95。灰土垫层经逐层抽样检验合格后，再铺碾第二层。

4 质量检测

检测主要内容包括：处理深度内桩体和桩间土的干密度、复合地基承承载力试验。

1）在桩体夯填过程中，桩体按不少于2%随即抽检，即从桩孔底部每夯填1m，用带有长把的专用环刀。在桩体中分层取出夯实土样，测定其干密度，经检测桩体平均压实系数≥0.96，均符合设计要求，且夯填均匀。

2）7天后，随机抽取桩孔总数1%的桩开始挖探井进行桩体和桩间土干密度检验，经检测桩体平均压实系数≥0.96，桩间土平均挤密系数≥0.90，均符合设计要求。

3）7天后，通过竖向静载荷试验来确立复合地基的承载力，随机抽取桩孔总数0.5%的点进行检测，试验结果表明灰土挤密桩的复合地基其承载力特征值为180kPa，满足设计要求。

4）二八灰土垫层分两层回填，每层按检测要求随机采用环刀法进行检测，检测结果显示压实系数大于0.95，符合设计要求。

5 结论

从上述湿陷性黄土地基处理应用实例可见，灰土挤密桩在处理湿陷性黄土地基中提高了地基土的承载力，同时增加了地基的水稳性，取得了良好的技术经济效益，保证了工程质量。

[1]中铁四局集团有限公司.客货共线铁路路基工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2009：22-24.

[2]陕西省建筑科学研究设计院等.湿陷性黄土地区建筑规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004：11-30.

[3]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003：68-73.