湿陷性黄土地基DDC桩复合地基应用研究
2019-02-28宋明帅李雅博
宋明帅 李雅博
摘 要: 我国黄土分布范围较广,当前针对如何处理湿陷性黄土地基的方式方法越来越多。DDC桩法作为其中一种处治方法,在公路工程建设中得到了广泛应用。本文在充分掌握湿陷性黄土特殊性质的基础上,结合具体工程案例,对DDC桩的加固机理及施工工艺进行了探讨,以期有效消除黄土湿陷性,提高地基承载力,延长工程使用寿命。
关键词: 湿陷性黄土地基;DDC桩法;特殊性质
自上世纪80年代“沈大高速”建成以来,我国高等级公路建设速度越来越快,公路里程越来越多,目前我国已成为全世界高速公路通车里程最长的国家。据《国家公路网规划(2013-2030)》指出,国家公路网截至2030年,要求整体规模达到40.1万公里,全部地市和20万以上人口城市都要有高速公路,且实现其通达性。近年来,我国公路交通建设速度较快,对我国交通紧张的现状起到了缓解作用,且有效提升了我国的综合国家及竞争力。但伴随我国经济水平的整体提升,及交通量的日益增长,如何更好地满足人们的出行需求,如何更好地提高公路建设质量成为了人们普遍关注的焦点。在工程建设过程中,往往会遇到不良地基问题,如湿陷性黄土,此类土质结构强度较高,在接触水之后,将呈现出湿陷、软化的特点。为保证黄土地区公路建设的安全性,必须重视湿陷性黄土处理。当前常选用灰土桩、水泥土桩、强夯法等进行湿陷性黄土地基处理。为满足施工要求,决定选用DDC桩法进行处理。该施工法的应用,在湿陷性黄土地基处理中具有良好施工效果。
一、湿陷性黄土的特殊性质
粉粒是黄土颗粒构成的主要成分,一般含量超过1/2,在粗细粉粒含量中,粗粉粒较多。黄土湿陷性是指在自重或附加应力和自重同时作用下,黄土被水浸湿之后,将快速下沉的一种现象。据相关研究显示,当黄土内含有大量粉粒时,则其具有较大孔隙比,则其干密度将下降,此时具有更为显著的湿陷性。作为一种特殊性土,湿陷性黄土的特殊性质主要体现在以下3点:
1、结构性
湿陷性黄土是一种以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构,此结构强度较大,相比其他类土,其应力应变关系与强度特性存在明显区别。当水浸湿土体之后,将严重破坏其结构性,进而出现软化、湿陷等特点。也就是说黄土与含水量之间存在密切联系,含水量的多少对此类土的湿陷性影响较大。假设具有较低含水量的情况下,土的湿陷性较为强烈,此时具有较高承载力,不断增加含水量的同时,土的湿陷性将逐步下降,随之承载力也逐步减小。同时,黄土的压缩性可对在外荷载影响下黄土地基出现的压缩变形情况进行充分反映。而对黄土压缩性起决定性作用的因素包括2点,即密实度、含水量,为此,3者间的关系可通过下表1充分说明。
2、欠压实性
因地质条件较为特别,通常情况下湿陷性黄土沉积过程极为漫长。与颗粒间固化强度的增长速度相比,上覆压力增长速度更慢,也就是说上覆土重从始至终都在颗粒接触点间的结构强度以下,黄土颗粒处于较为松散的高孔隙度结构状态,并没有在上覆荷重影响下,呈现出压密固结状态,也就是说其还处在欠压密阶段,这也是黄土湿陷性产生的必备因素。
3、湿陷性
在湿陷性黄土特性中,湿陷性最为明显,且重要。在外力、水等作用下,湿陷性黄土结构将被破坏,进而影响其强度,在浸水过程中因此类土具有欠压密性等特点,将为其下沉提供体积变化条件,也就是说,黄土的湿陷性与结构性、欠压密性之间密切相连。
二、工程概况
某公路工程总长度为57.6km,沿线多数为黄土堆积地貌单元,在整个线路内所占比重高达85%。经施工勘查可见,施工现场自重湿陷性黄土的压缩模量为2~5MPa,黄土自重湿陷系数200kpa与300kpa平均为0.033、0.046,15m内的自重湿陷量分别为34.65cm、47.25cm。本路段施工技术标准高,且对路基施工要求极为严格,如何做好路基变形控制已经成为路基设计要点。按照相关施工规范规定,要求路基工后沉降必须控制在30mm以内,为此,决定选用DDC桩法进行湿陷性黄土路段施工。
三、DDC桩加固机理
孔内深层强夯技术简称DDC,其加固机理如下,先选取专用设备进行钻孔施工,随后将一定量的水泥土分次一层一层地填入孔内,随后选取重力式夯锤进行一系列施工的一种工艺。利用此类高压实、强挤密夯击施工法,可最大限度降低黄土湿陷性,达到地基加固的作用,且能大大提高地基承载力。
四、DDC桩施工工艺
1、试桩
施工前,可利用试验与计算的方式,对桩的用料成分、配合比进行准确确定,随后即可开始试桩。试桩的主要目的是为了进行桩径、桩间距等参数的确定。并进行施工方案的确定。本文以K294+211~K294+360段为例进行试桩。
(1)试桩I区主要内容如表2所示。
(2)试桩II区主要内容如表3所示。
通过分析可见,试桩II区,在桩间距为90cm,成桩直径60cm时,其桩间土挤密系数最小为0.94,且0.96为平均挤密系数,此时与0.93的设计要求的最小挤密系数、与0.95的平均挤密系数相符,为此,可选用试桩II区参数用于指导施工。
2、施工流程
相比其他处理方法,DDC桩法施工并不复杂,且操作简单,具体施工流程如下:
(1)场地清理及平整。在施工前,需清理干净施工场地,当具有较大加固深度时,如桩锤长度与施工要求不符,则可先将局部土挖出,随后实施冲扩处理。
(2)机械就位。施工机具应与桩位对准,可通过撒白灰的方式进行桩位放线,也可选取短钢钎在桩位进行深击施工,深度可控制在200mm,随后将白灰撒入,要求做到桩点明显,易于辨别,且避免出现漏桩情况。
(3)成孔。通过洛阳铲成孔,在设计要求内确定孔径及其深度。按照施工现场土质情况,成孔可分3种方法完成,分别为:冲击成孔、填料冲击成孔及二次复打成孔。
(4)成桩。通过柱锤把拌好的填料夯实,1500kg为夯锤自重,6m为落距,可进行10次夯击。当落距在6m以内时,根据施工情况,可适当增加夯击次数,一般控制在14次以内。按照设计标高,完成各个桩孔夯填施工,随后选取原槽土对桩孔进行夯封,且在600mm以上控制成桩直径。
在选择灰土作为填料时,要求其质量符合施工规定,颗粒控制在5mm以内,无杂质。在搅拌站完成拌和施工后,即可选取自卸汽车向施工场地运送,并按量一层一层地向孔內填入。此时,应对各根桩做好记录工作,便于及时发现问题及处治。
(5)移机。完成上述施工后,即可移机向下根桩施工。
五、结束语
综上所述,在公路施工当中,湿陷性黄土问题极为常见,选取何种方式处理对施工更加有效极为关键。DDC桩法的应用,不仅能够提高地基承载力,还具有良好经济性。但在实际应用中,还应对湿陷性黄土地基所处地质、地势等条件充分考虑,在施工中灵活应用,更好地提高治理效果,提升工程建设的整体质量。
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