灰土挤密桩在湿陷性黄土地区地基处理中的应用

王树敏

摘要：湿陷性黄土是一种性质十分特殊的土，在一定的压力条件下，下沉稳定之后，受到水的浸湿，这样土质结构会快速被破坏，出现明显的附加下沉。灰土挤密桩法加固湿陷性黄土地基为典型的土体加密法，本文即结合工程案例详细阐述了灰土挤密桩在湿陷性黄土地区地基处理中的应用。

关键词：灰土挤密桩；湿陷性黄土；地基；成孔；沉桩

一、灰土挤密桩的加固机理

灰土挤密桩在施工过程中因冲击振动而对桩周土体充分扰动，使大孔隙黄土的原有结构受到破坏，桩间土受到很大侧向挤压力变得结构紧密，形成了强制挤密区、挤密区以及挤密影响区，提高了桩周土体模量，减小了地基整体压缩变形。又因为桩体是由石灰和土拌和夯填而成，其作用原理是石灰和土拌合物通过离子交换、凝硬反应，以及石灰的碳化与结晶等物理化学反应形成具有高强度和大模量的灰土桩，相邻两桩或三桩成孔挤密后，使桩周土体干密度进一步增大，桩体与桩间共同组成人工复合地基，从而改善土质，降低土体原始孔隙比，使土体由高压缩性变为低压缩性，以达到消除湿陷性提高承载力的目的。

二、灰土挤密桩在湿陷性黄土地区地基处理中的应用

（一）工程概况

1、场地地质条件

某建筑场地地层岩性自上而下依次为第四系全新统人工填土、残积黑垆土、冲洪积黄土状土、卵石等。按其地质时代成因类型、埋藏条件、岩性特征和物理性质等，地基土划分为五个工程地质层。岩土工程勘察报告指出：②层黑垆土（层底埋深1.6 m～3.2 m），③层和④层黄土状土（层底埋深分别为5.0 m～6.6 m，7.10 m～12.8 m）均具湿陷性，湿陷土层分布最大深度为11.2 m。建设场地判定为自重湿陷性黄土场地，自重湿陷量计算值为19 mm～455 mm。地基湿陷等级判定为Ⅲ级（严重），地基湿陷量计算值ΔS为451 mm～909 mm。地下水位埋深大于20 m，建设场地及附近无不良地质作用。住宅楼基础埋深1.80 m，根据GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范的规定，该工程应消除地基部分湿陷量的地基处理，不能采用天然地基。

2、地基处理方案

本工程的地下水位埋深大于20 m，灰土挤密桩法可以处理地基的深度为5 m～15 m，不仅可以消除地基土的部分湿陷性，而且还可以提高地基土的承载力及其水稳定性，所以采用灰土挤密桩法进行整片地基处理最为适宜。

（二）灰土挤密桩设计

本工程灰土挤密桩设计为桩直径400 mm，排距为866 mm，桩中心距为1 000 mm，桩孔按等边三角形布置。灰土挤密桩打至卵石层上，桩长在8 m～9 m之间。整片处理地基，处理的范围分别超出外墙基础底面外缘2.4 m～2.6 m。

2、桩体材料

（1）土料：选用纯净的黄土，有机质含量小于2%。使用前过筛，粒径不得大于15 mm，含水量控制在最优含水量的3%左右。

（2）石灰：采用二级石灰，石灰中活性CaO，MgO含量不应低于50%，粒径应小于5 mm，夹石量不大于5%，未消解的残渣含量不大于11%。使用前24 h加水粉化。

（3）灰土：用质量合格的消石灰和纯净黄土，按2∶8体积比配制，经室内试验最大干密度ρdmax为1.55 g/cm3，最优含水率 Wopt为 17%。施工时在接近最优含水量（15%～19%）的情况下拌和均匀，随拌随填，不得隔日使用。

（三）灰土挤密桩施工

1、施工前检测

施工前检测地基土的含水量、饱和度，当地基土的含水量小于12%或大于 24%、饱和度大于 65% 时不能施工。处理地区地基土的含水量宜接近最佳含水量，当土的含水量低于 12% 时，对处理范围内的土层进行增湿。增湿处理应在地基处理前 4 d ～6 d完成，需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔均地渗入处理范围的土层中。

2、施工方法

（1）施工采用2.5 t柴油锤锤击沉管成孔，夹杆式夯填机对桩孔进行回填夯实。

（2）成孔顺序由内圈向外圈推进，按隔排、隔行跳打的方式进行。根据本工程的实际可分段进行，若局部出现小面积缩孔或回淤，则采用回填干土料或生石灰渣，反复打成孔。

（3）桩机就位应平稳，桩管中心应准确对准桩位，从两个相互垂直的方向用线锤校准桩管的垂直度，避免造成成孔后垂直度超差。并在桩管上标记管长米数，以控制桩长符合设计要求。

（4）桩孔回填前应空夯不少于5击，以听到孔底发出清脆的响声为止。回填应根据实验确定的填料量、夯击次数、夯锤提升高度等施工控制参数严格要求。

3、质量控制

（1）成孔后应及时验收，并认真填写成孔记录，对验收不合格的孔应及时修整，以免影响后续工序。严禁漏孔或错位现象的发生。

（2）用于填料的素土，不得含有杂质，过筛后粒径不得大于20 mm，熟石灰要符合三级以上的标准，过筛后粒径不大于5 mm。拌好的灰土颜色一致，含水率掌握在最优含水率的±2%。

（3）成孔中心位移不大于50 mm，钢尺配合经纬仪或拉线检测，抽查数量不少于总桩数的5%。

（4）成孔垂直度偏差不应大于1.5%，钢尺配合吊线锤检查，抽查数量不少于总桩数的5%。

（5）桩径偏差不小于-20 mm，钢尺检查，抽查数量不少于总桩数的5%。

（6）成孔深度只允许正偏差，尺量检查，抽查数量不少于总桩数的5%。

4、施工要求

灰土挤密桩施工应选择适当的成孔设备及冲击方法，成孔时地基土宜接近最优的含水量，需要时要对处理范围内的土层进行增湿。成孔和孔内回填夯实的施工顺序为整片处理，应从里向外隔排隔行跳打进行。施工中要有专人监督成孔及回填夯实的质量，并做好施工记录。

三、灰土挤密桩应用中易出现的问题及应用效果分析

（一）易出现的问题

施工中碰到的问题主要是成孔过程中的塌陷和缩颈；沉管过程中的反常现象：如桩锤回跳过高，沉桩速度过慢或过快现象等。上述问题的产生，归根结底，就是地基土的含水量太大或太小。根据工程实践及施工经验：

1、当天然土的含水量≥24%，飽和度 > 65% 时，桩孔可能缩颈，桩孔周围的土容易隆超，挤密效果差，沉桩速度过快。

处理办法：桩孔有局部的轻微缩颈现象，用洛阳铲削扩桩颈，达到设计要求立即回填夯实。桩孔缩颈较严重，可在孔内填入干散砂土、生石灰块或碎砖渣，稍停一段时间后，再将桩管沉入土中重新成孔。

2、当天然土的含水量<12% 时，土呈坚硬状态，成孔挤密困难，可能出现桩锤回跳过高，沉桩速度过慢等现象，容易造成设备损坏。

处理办法：对地基土进行加水增湿，使地基土达到或接近最优含水量。

3、当天然土的含水量接近最优（或塑限）含水量时，成孔施工速度快，桩间土的挤密效果好。但现场土质往往并非理想状况的含水量，则可考虑，对含水量介于12% ～24% 的土，只要成孔施工顺利，桩孔不出现缩颈，桩间土的挤密效果符合设计要求，不一定要采取增湿或凉干措施，这样，既能减少施工麻烦，又可加快工程进度。

（二）应用效果分析

灰土挤密桩施工完毕后，经检测，其结果表明：该灰土挤密桩复合地基承载力特征值满足设计要求值220kPa；该灰土挤密桩桩身灰土压实系数平均值为0.97，满足设计要求；桩间土的最小挤密系数在0.80～0.88之间，平均值为0.87，满足丙类建筑不小于0.84的要求；该灰土挤密桩复合地基在处理深度范围内土的湿陷性已基本消除，满足设计要求。

参考文献：

[1]汪丽，蒋秀玲.灰土挤密桩与CFG桩分步处理高层建筑湿陷性黄土地基的应用研究[J].价值工程，2010.6.

[2]王雪浪，朱彦鹏.灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基理论分析及试验[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2010.8.