灰土挤密桩处理桥头湿陷地基的施工实践

连玲波

（山西长兴路桥工程有限公司，山西 长治 046000）

灰土挤密桩法属横向加密土层法，是用沉管振动、振冲或爆破等的方法在地基中挤土，形成直径为28～60 cm的桩孔，然后向孔内夯填灰土（灰土是将不同比例的消石灰和土掺和，一般体积比例为2∶8或者3∶7）形成的。成孔时成孔部位的土被侧向挤出，从而使桩间土得到挤密；另一方面，灰土桩桩体材料石灰和土掺和后产生离子交换凝硬等反应，形成一定强度的桩体，桩体和桩间挤密土共同组成人工复合地基[1]。因此其适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，处理深度宜为5～15 cm。

本文介绍太原至阳泉高速公路某大桥桥头湿陷性地基灰土挤密桩的整个施工过程，对湿陷性黄土地基处理施工具有借鉴意义。

1 工程概况

线路位于黄土高原区，地形、地貌条件相对复杂，且局部路段具有Ⅱ级湿陷性黄土，为消除黄土地基湿陷性隐患及增强地基承载力，利用灰土挤密桩处理的桥头地基长度为20 m，处理宽度至路基坡脚线外1 m（本工程处理宽度为75.78 m），总桩数为1 701根，其地基为Ⅱ级湿陷性黄土。

2 灰土挤密桩布置及技术参数要求

2.1 灰土挤密桩布置图（图1、图2）

图1 灰土挤密桩立面布置图

图2 灰土挤密桩平面布置图

2.2 灰土挤密桩施工相关技术参数及要求

a）桩径 D=40 cm，桩长 11.5 m。

b）填料用灰土体积配比为2∶8。

c）桩间距为1 m，呈正三角形布置，这样可以使桩间土得到均匀挤密。

d）要求处理后的复合地基承载力大于等于180 kPa。桩长范围内，桩间土湿陷性全部消除。

3 施工准备

施工前，需收集相关资料，切实了解施工现场的工程地质条件和周围环境，编制好施工技术方案及相应的技术措施，进行周详的施工准备。主要包括：主要机具配置、人员组织、场地清理、测量准备、试验准备、现场土的含水量检测和调整等。

3.1 主要机具配置

沉桩机械为2.5 t导杆式柴油桩锤，由60滚杠式桩机架带动行走、就位和起吊桩管，沉管直径40 cm。为保证设计要求，桩孔夯填采用专用夯实机，夯实锤重340 kg，且最大部分的直径应较桩孔直径小100～150 mm，以便填料顺利通过夯锤四周。

3.2 人员组织

施工技术人员、工长、各设备操作工、维修工、电工、测量工、劳力工等。

3.3 场地清理

为保证对桩机运行无影响，施工前需人工配合推土机对处理区域进行清理、整平工作，清除障碍物，标记处理范围地下构造物及管线，对桩机运行有影响的松软场地进行预压处理，场地形成横坡，并做好临时排水沟，以此保证挤密桩施工作业（填方路段处置范围为坡脚外1 m）。

3.4 测量准备

施工前复测基线、水准点，测量地基的中线、边线，定出控制轴线、打桩场地边线；根据地基平面布置图及桩位图，通过坐标控制点，准确定出每个施工桩位点，并做好标示（白灰定位），经检验复核无误后再进行施工，并做好记录。

3.5 试验准备

为给后续施工检验提供标准和依据，施工前工地实验室需对白灰进行原材料试验、地基原状土进行击实试验，并按设计要求做好二八灰土的标准击实试验，得出土和灰土填料的最佳含水量和最大干容重。

3.6 现场土的含水量检测和调整

拟处理地基土的含水量对成孔施工与桩间土的挤密至关重要。工程实践证明，当天然土的含水量小于14%时，土呈坚硬状态，成孔挤密很困难，且设备容易破坏；当天然土的含水量等于或大于24%时，饱和度大于65%时，桩孔可能缩颈，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，成孔施工速度快，桩间土的挤密效果好。因此，在成孔过程中，应掌握地基土的含水量不要太大或太小。地基土宜接近最优（或塑限）含水量，当土的含水量低于14%时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿处理应在地基处理前4～6 d前完成。

4 沉管法成孔工艺及措施要求

4.1 成孔工艺

灰土挤密桩成孔方法采用沉管挤密，当整片处理时成孔挤密应宜由内向外进行，局部处理宜由外向内进行，同排内并间隔1～2孔进行，成孔后应立即进行夯填。沉管时采用2.5 t导杆式柴油桩锤，桩尖定位对准桩中心，调平桩架后，使桩管垂直后方可升锤，随后方可缓缓放下，使桩管、桩尖、桩锤与同一垂线上，借锤击力及桩管自重，将桩管压入土中。

4.2 成孔措施要求

a）沉桩机械必须准确定位，并检测导管的垂直度，确保垂直度偏差不大于1.5%，再进行沉桩施工。

b）桩尖开始入土时，先低锤轻击（或低提重打），待沉入土中1～2 m后，并能保证桩管方向稳定后，再加大落距，用预定的速度、落距、继续锤击，直到达到设计深度为止。

c）拔管技巧：桩管沉入到设计标高后不宜在土中搁置时间过长，而应及时拔出，以免增大拔管阻力。具体是当柴油锤成桩至设计深度后，应立即关闭油门，在拔管前停顿10 s左右后，匀速拔管（小于等于1 m/min，软弱层及软硬交界处小于等于0.8 m/min）。拔管困难时可用水浸润管周围或采用旋活桩管后起拔，拔出桩管后立即测量桩孔直径和深度。

5 桩孔夯填工艺及措施要求

5.1 填料制备

灰土桩桩身填料所用石灰应用Ⅲ及以上新鲜的块灰，使用前1～2 d消解并过筛，不得含有粒径大于5 mm的生石灰块及其他杂质，也不得含有过多的水分。土优先采用就地挖出的黏性土及塑性指数大于4的粉土，土内有机质含量不得超过5%，使用前过筛，其粒径不大于15 mm，含水量应符合规定。（本工程设计要求应为Ⅰ级生石灰；所用土宜为砂土并进行过筛，筛孔孔径不大于20 mm，严禁使用腐殖土），并确保石灰与土按照体积比例2∶8在含水量接近最佳含水量时充分搅拌至颜色一致，拌合后要及时填入桩孔，已拌成灰土不得超过6 h或隔夜使用，且要做到灰土拌制根据回填要求随拌随用，原料和拌合料尽量就近堆放，避免日晒、雨淋，被雨水淋湿、浸泡灰土严禁使用按作废处理。

5.2 夯填施工

桩孔回填夯实前，应对孔底进行夯实，夯击次数不少于8击，并进行填料回填试验，以确定每次合理的填料数量和夯实次数以及夯击能。夯填施工由人工配合填料，机械连续夯击，填料与夯击要配合好，且要保证施工的连续性。成孔后夯实机就位，向孔内填入已拌合好的二八灰土，填料要分层回填分层夯实，填料量不得小于设计值，一般每层填料厚度控制在10～20 cm以内。桩体的夯实质量宜用平均压实系数控制，且桩体的平均压实系数值均不小于0.96。

5.3 夯填过程中的措施要求

a）为保证夯填质量，要严格控制并记录每一桩孔的填料数量和夯实时间，夯实施工由专人监督和检测，并在工地现场检测灰剂量。

b）每个桩孔回填料应与设计计量相当，并适当考虑1.1～1.2的充盈系数。

c）对于未填实的墓穴、孔洞等面积不大、挖除不便时，将打桩穿通过，并在此周围增加桩数，力求将其挤（夯）密。墓穴、孔洞等面积较大、深度较深时，及时通知设计单位、建设单位、监理单位，变更设计或采取进一步的补救措施。

d）灰土回填采用连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实，不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。夯实时尽可能打一孔填一孔，打孔时采用间隔打法。

e）挤密桩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，因此施工前应根据选用的成孔设备和施工方法在场地预留一定厚度的松动土层，待成孔和桩径回填夯实结束后将其挖除或按设计规定进行处理。本工程设计要求填方路基桩孔回填至地面以下80 cm，并挖除桩顶80 cm覆土，回填80 cm二八灰土。灰土压实度满足路基规范要求，且大于96%。

6 挤密桩施工过程中可能出现特殊问题的处置

6.1 桩管（孔）倾斜问题

a）原因分析 土质软硬不均匀是导致桩管（孔）倾斜的主要原因。施工时桩两侧土一边软一边硬悬殊较大，沉管时管会向软土一侧倾斜。尤其是遇上空洞、大块孤石等障碍物时，更易造成桩管倾斜。

b）处理方法 施工中要勤观察、勤检查，发现障碍物提前进行处理，加大桩管检查频率，当桩管倾斜度超过2%时，应及时停止沉管，将沉管拔出，待孔中填入土料后再重新复打。

6.2 桩孔缩颈或堵塞问题

a）原因分析 地基土的含水量过大或过小。含水量过大，土层呈强度极低的流塑状，打桩时土受强制扰动挤压产生孔隙水压，桩管拔出后，挤向一侧未回填孔，使未填孔身局部直径缩小；含水量过小，土层呈坚硬状，挤密成孔时易碎裂松动而塌孔造成堵塞。另一方面有可能是不按规定的施工顺序进行施工导致此情况发生。

b）处理方法 在地基土的含水量在达到或接近最佳含水量时，进行挤密施工，可有效防止缩颈。缩颈可采用洛阳铲将桩孔孔壁凸出部分铲去和采取复打办法解决。前者适用于缩颈不严重或在桩孔上部出现时，后者适用于缩颈较为严重的情况。另外，为避免夯打造成缩颈堵塞，必须遵守前述施工工艺的相关要求，尤其控制拔管速度，采取“慢拔”方法和间隔跳打夯填。

7 施工效果

灰土挤密桩地基施工处理的技术效果主要在成孔挤密、消除湿陷性和提高承载力3个方面。设计要求本灰土挤密桩身二八灰土压实系数不小于0.96，桩间土平均挤密系数不小于0.93，加固处理后的地基要求湿陷性系数小于0.015，地基承载力大于等于180 kPa。由于本工程在大桥桥头路基位置十分重要，所以在挤密桩施工完毕7 d后施工单位委托具备地基检测资质的单位对单桩复核地基载荷试验、桩间土湿陷性消除情况、桩体压实系数进行了抽样检验，共完成单桩复合地基载荷试验9点，探井3个（采用机动洛阳铲冲击成孔，规格∮0.8 m；探井采用侧壁刻块法采取原状土样，桩间土原状土样取样位置为正三角形布桩其中一边的中点处，桩体灰土样品取样位置在桩身上，采样垂直间距1.0 m，规格∮127×200 mm）。

7.1 复合地基静载荷试验检测

试验根据现场条件，采用钢梁上配置重物的形式（堆重法）提供试验所需反力，通过油压千斤顶分级施加荷载进行，静载试验共9点，平均值180 kPa，试验综合判定灰土挤密桩复合地基承载力特征值为180 kPa，满足设计要求，如表1。

表1 复合地基静载荷试验结果表

7.2 桩间土湿陷性消除情况

桩间土取样数量33个，桩间土的各项物理指标均合格，作为主要指标的湿陷系数在地基处理深度范围内实测结果范围在0.001～0.011，湿陷性系数均小于0.015，满足设计要求。

表2 桩间土土工试验结果

表2 桩间土土工试验结果（续表）

7.3 桩体压实系数检测

经检测桩体压实系数平均值为0.977，大于0.96，符合设计要求。有关检测结果见表3。

表3 压实系数统计表

试验结果证明：地基承载能力提高，基础处理深度范围内湿陷全部消除，桩体压实系数符合设计要求，真正达到了湿陷地基处理的效果。施工过程见图3、图 4、图 5、图 6。

图3 灰土桩成孔施工

图4 灰土桩夯填施工

图5 灰土桩复合地基静载试验

图6 灰土桩施工完毕后

8 施工体会

a）工艺方面 因挤密桩施工机械相对较简单，操作简便，且主要施工工序由成孔和夯填两大部分构成，所以施工方法简单，灵活易操作，是较好的一种地基处理方法。

b）工期方面 本案例1 701根挤密桩，历时工期为58 d；单根灰土桩设计方量为1.3 m3，单根成孔用时在8～9 min，夯填用时在35～40 min，耗时相对较短。

c）成本方面 由于其所用材料价格低廉，所以桩径40 cm二八灰土桩挤密地基施工成本经济，经实地考核综合单价为25元/m左右，相对其他深层地基加固工艺较为经济。

d）挤密桩应用在桥头特殊位置作用 作为重要部位的桥头湿陷地基的处理，处理有效的话在防止地基湿陷变形，减少总沉降量的同时为后序预防桥头跳车现象也从一定程度上奠定了坚实的基础。

e）存在的突出问题 灰土挤密桩处理公路工程湿陷性地基是由建筑上处理地基经验引申而来的，目前在试验检测和规范的完善性方面公路行业内尚存在一定的欠缺，致使我们完工后检测需要借鉴一些建筑地基上的检验方法和标准。这都需要进一步得到补充完善和改进提升，以适应越来越高的公路建设水平要求。

9 结束语

山西省高速公路建设一直面临湿陷性黄土地基如何处理的困扰，用灰土挤密桩法施工桥头湿陷性地基在原地处理无需开挖且处理深度较大；可就地取材，应用廉价材料达到“以土治土”，能有效降低工程造价；施工简便灵活，功效高；并且湿陷性地基经挤密后能有效地改变桩间土间的力学性能，消除黄土湿陷性、提高承载力，是一项可行的湿陷性黄土地基处理措施。