灰土挤密桩在湿陷性黄土路基处理中的应用

刘 炜

（甘肃圆陇路桥机械化公路工程有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

湿陷性黄土是一种比较常见的软弱地基，若是没有做到对其地基处理的重点考虑，有可能会使得地基受到作用力的影响而出现相应的不规则沉降问题，对地基的稳定性产生不利影响。灰土挤密桩是一种对地基进行处理的技术，基于对振动沉桩机的有效运用，执行对地基进行处理的任务，能够很好地将土层的孔隙率降低，增加土壤密度，与之相伴随，地基承载力以及水稳性都会得到很好的提升，这能够为后续工程施工作业的顺利与高效开展打下一个好基础。出于对其优势的考虑，文章研究湿陷性黄土路基处理对灰土挤密桩的具体应用，对其应用要点作相应把握。

1 湿陷性黄土的特征

湿陷性黄土是一种未达到饱和状态的欠压实土，有相对较大的孔隙率，但是其干密度比较小，这是此类土质表现出湿陷性特点的根本原因。与相应的工程经验相结合，可对湿陷性黄土特点作如下概括：

1.1 湿陷性

所有的湿陷性黄土都或多或少的含有易溶盐性成分，如果此类湿陷性黄土遭受地表水的侵蚀，在和水出现相互接触的现象以后，这些易溶盐成分会在一个比较短的时间出现溶解状况，这种情形下，黄土颗粒和颗粒之间的相互胶合作用力会由于受到溶解现象的影响而被削弱，由此一来，原本稳定性有所保障的土壤会受到本不应有的破坏。之后，在受到侵袭的土壤颗粒中，会有一部分以一个相对较慢的速度发生向下方沉积的现象，一直到同下层已经沉积的土壤颗粒相互接触，才会结束下沉的状态。而就在这时，已经有沉积现象出现的土粒会和下层土粒形成比较大的牵引力，且同土粒自身所具有的重力相比，形成的牵引力要更大一些，而正是受到牵引力的作用，黄土内部会变得更加疏松，结构表现出蜂窝状的特点。以此为基础，会加大地表水分渗透侵袭的可能性，这又会扩大黄土内部的孔隙，坑穴也会由此而不断变大，久而久之，必然会出现形变沉降问题，也就是表现出湿陷性特点。在相关工程施工过程中，若是相关人员没有在规定的时间内对行之有效的措施加以采用，执行对湿陷性黄土路基的处理任务，湿陷性会对路基产生很大的影响，导致沉降等相关故障问题出现，这会在很大程度上影响后期工程的使用性能与安全。

1.2 胀缩性

若是受到水分的侵袭，在水的充盈作用的影响下，湿陷性黄土的内部结构会有超出正常状态的膨胀状况的出现，而与之相对应的，若是水分干燥而蒸发，黄土内部结构又会进一步出现回缩现象。在膨胀、回缩这两种现象不断交替出现的影响之下，黄土的表面和内部都会出现很多的裂纹，且这些裂纹会有相应的延展性特点表现出来，在一定程度上阻碍施工作业的进行。

1.3 敏感性

一般情形下，要想为湿陷性黄土路基压实质量提供保证，需要在-2%~0.5%的区间内对其土壤含水量进行控制。以此为基础，湿陷性黄土对于水分含量的波动变化有较为敏感的反应。如果水量已经超过了控制标准，湿陷性黄土会有翻浆现象发生，但是，如果含水量较之控制标准要低，又会因为受到土壤过干的影响而出现扬尘状况。

2 灰土挤密桩施工原理与作用

灰土挤密桩是利用锤击将钢管打入土中侧向挤密成孔，将管拔出后，在桩孔中分层回填10%灰土夯实而成，清除深层黄土湿陷性的同时，与桩间土共同组成复合地基以承受上部荷载。

2.1 施工原理

其一，灰土挤密桩施工会产生相应的冲击振动，且这种冲击振动较为强烈，这会在较大程度上扰动四周的土地，使得原本已经表现出孔隙变大状况的黄土结构受到进一步的破坏，实现结构紧密性的明显提升，由此一来，黄土在抵抗湿陷和振陷方面所具有的能力同样会被强化，使得其地基沉降现象被控制在一个较低的水平内。

其二，在对灰土挤密桩施工手段加以运用时，桩间土会受到很大的侧向挤压力的影响，基于相应的紧密加固作用，桩周围土体的模量会相应加大，由此一来，地基整体的压缩和变形也会得到相应的控制，控制有效性亦有保证。

其三，在对较重夯锤施工手段加以采用之时，作用力对孔内单位面积原材料产生的影响会表现出明显的高动能以及强夯机特点，不仅如此，地基土受到的预应力同样会非常大，这有利于桩体强度的加大，不仅如此，模量亦会随之而增大，而在这一方式的有效处理之下，地基浸水和加载产生的压缩变形现象明显程度不会很大。

其四，受到灰土挤密桩的施工作用，桩体和桩间土之间会实现更加有效的加固处理，由此一来，受到作用的黄土地基整体刚度均匀性会相应提升，这能够在较好程度上保证路面的安全使用。

2.2 技术作用

（1）有效性。一方面，基于对灰土挤密桩技术的有效运用，基底下一定程度内桩间土的应力会与之相伴随而呈现出逐渐减弱之势，待桩间土达到相应的挤密处理以后，在其湿陷性并没有实现充分的消除时，如果存在土中应力较之湿陷起始压力要更小的现象，地基浸水状况的出现并不会引发湿陷，而就算会出现这一状况，程度也不会明显。另一方面，在灰土挤密桩的作用下，桩间土会承受一定的侧向约束力，若是桩间土的局部位置受到相应压力影响，侧向基础变形现象的发生会存在一定的约束性，受到这一因素的影响，压力和沉降之间会有相应的线性关系表现出来。

（2）简便性。其一，针对施工场地并不大的区域，或者是在对施工场地上的土方进行大量开挖时存在比较大的难度，对灰土挤密桩施工技术加以运用，有较为理想的适用性表现出来，这能够在一定程度上为地基安全施工提供保障；其二，对技术实质进行分析，灰土挤密桩其实就是用土来对土进行治理，具有就地取材的便捷化优势。

（3）该技术所用的施工机具相对简单，制作无需支付较高的成本，这决定其应用可以得到较为广泛的推广。

3 灰土挤密桩在湿陷性黄土路基处理中的应用

3.1 工程概况

本项目桥、涵台背回填地基处理灰土挤密桩桩长为1 073 640 m，路基湿陷性黄土处理灰土挤密桩桩长为1 336 512 m，混凝土挡墙墙背回填地基处理灰土挤密桩桩长为8 682 m，灰土挤密桩桩长合计2 418 834 m；需填筑3%水泥土垫层229 557 m3，填筑5%灰土垫层35 421 m3，填筑5%水泥稳定砂砾垫层2 179.5 m3，填筑10%灰土垫层1 900 m3。

本项目10%灰土挤密桩，桩径均为40 cm，桩间距为1.0 m等边三角形布置，桩长度为6~15 m，一般路段采用6 m，桥头路段采用15 m，坡脚或构造物基础外不少于2排。处置宽度为：排水沟外侧1 m；无排水沟为坡脚（或挡墙基础）外2 m；灰土桩为坡脚（或挡墙基础）外2 m。灰土挤密桩顶设置50 cm厚3%水泥土垫层或5%灰土垫层，垫层处置宽度同灰土挤密桩。

本项目Ⅱ级以上自重湿陷性黄土桥头路基采用灰土挤密桩处理，处理长度为台后10 m，台前锥坡往前2 m，灰土挤密桩桩长均为15 m，桩径40 cm，等边三角形布置。

3.2 施工工艺与方法

3.2.1 施工工艺

施工工序如下：清除表土→施工放样确定桩位→桩机就位→双向校正→成孔至桩底标高→填料→夯实→再填料→再夯实→成桩→桩机移位。

（1）桩机就位：机械按布置好的桩位就位，桩机保持垂直，用吊锤或经纬仪检查垂直度，垂直度偏差不大于1.5%。

（2）成孔工艺：锤击成孔按隔排跳打或根据成孔情况采用隔桩法进行。开始成孔阶段要轻击慢沉，打入设计深度后，立即关闭油门，桩管停滞1 min后开始缓慢均速地拔锤。成孔后清底夯实、夯平，夯实次数不小于8击，若孔底含水量较大时应先填筑10~20 cm混合料后再进行底夯，已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。夯锤不宜在土中搁置时间过长，以免摩阻力增大后提拔困难。

（3）灰土混合料的拌和：灰土混合料拌和采用稳定土拌和设备在拌和场集中进行拌和，同时配备碎土设备消除土壤的土块。拌和土必须使用经试验合格取土场的土源，按预定配合比在拌和设备内拌制灰土混合料。混合料需拌和均匀，混合料中不应含有大于20 mm的土块；并应使混合料的组成和含水率达到规定的要求。拌合在灌桩前提前进行，灰土拌和时石灰与土质量比重10%，原状土测定实际含水量确定施工配合比。拌和后确保灰土含水量接近最优含水量，其允许偏差不得小于10%。混合料拌和后现场可根据“手捏成团、落地散花”判断其含水量是否合适。

（4）灰土回填夯实成桩：成孔后及时夯填，在向孔内填料前先夯实孔底。灰土分层回填夯实，逐层以量斗定量向桩孔内下料，每层回填厚度280～320 mm，采用电动卷扬机提升式夯实机分层夯实，落锤高度不小于2 m，每层夯实不小于10锤；夯填前测量成孔深度、孔径，作好记录。

施工工艺流程图1如下：

图1 灰土挤密桩振动沉管法施工工艺框图

3.2.2 施工方法

为确保桩位置的准确无误，施工时先放出边线后，按设计要求，用石灰粉撒好每一个桩的准确位置，桩间距为1.0 m，呈等边三角形布置，施工范围为两侧坡脚线以外2 m，施工完成后将桩顶夯实并铺设0.5 m的3%水泥土垫层和桥头5%灰土垫层均采用厂拌法施工。

3.3 检测结果

结束以上施工作业以后，本工程针对灰土挤密桩施工以前与施工以后的情况实施试验，对触探检验法、环刀取样检验法加以采用，检验结果表明，施工之后，湿陷性黄土路基的压实度大于95%，能够满足要求。在不同的深度下，对施工前与施工后湿陷性黄土路基的干重度、压缩模量以及湿陷系数进行比较分析，得到如表1所示结果。

表1 进行灰土挤密桩施工前与施工后湿陷性黄土地基物理力学性质指标比较分析结果

根据表1可以知道，在经过灰土挤密桩施工处理以后，湿陷性黄土的湿陷性系数得到了明显的降低，并且与施工规范的规定相符。

4 结语

总的来说，湿陷性黄土会在很大程度上对道路桥梁工程项目产生影响，在路基的施工实践中对灰土挤密桩施工技术加以运用，能够在较大程度上增加湿陷性黄土的结构强度以及密实程度，同时，还能明显削弱水分对土壤产生的不利影响，令土壤的承载力以及稳定性等相关指标达到路基质量所提要求，为其后期使用的安全性以及交通舒适性等提供切实保证。