灰土挤密桩法在湿陷性黄土地基处理中的应用策略

张常红

（兰州黄河生态旅游开发集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

在工程建设过程当中，黄土湿陷性地基的加固受到高度关注，只有对地基情况进行准确评估，才能对地基处理方法进行合理选择。由于此类地基的处理方式较多，但是对比而言，灰土挤密桩加固措施运用效果良好，因此，本研究选择此技术作为重点研究对象，分析其对黄土湿陷性地基处理环节的应用，为同类项目提供实践指导。

1 湿陷性黄土特点

黄土湿陷性是对特殊地质情况的描述，这类地基由于地基自身含水量较高，如果地基上方荷载力较大，就会对土体产生严重的破坏性。当湿陷性地基承重过大时，上方建筑物及地基就会瞬时遭到破坏，进而出现较大幅度的沉降现象。所以在工程建设开工之前，要对开挖地基进行勘察评价，根据土工试验规范和对应标准，对于项目地基的土体密度、压缩系数、固结试验、含水量数据进行计算，工程建设者要掌握项目地基的特点，制定出合理、科学的地基处理方案，分析工程建设条件。

通常而言，对于黄土湿陷性的评价产生的影响因素主要有两方面，分别为内部和外部影响。其中，内部影响包括微结构表征、矿物成分、化学成分，而外部影响主要包括水分浸透和外部荷载等因素。在评价过程中，需要对各类影响因素指标进行合理选取，选择含水量、干密度、塑性指数和孔隙比，以上指标的选择对于黄土湿陷性地质评价有重要影响[1]。

2 湿陷性黄土地基处理常用方法

对于湿陷性黄土这类地基的处理方法较多，不同方法的在应用过程中有各自的优势，同时也存在各自的不足之处。因此，在应用阶段中需要施工人员根据工程类别和施工需求进行灵活选择，体现地基处理技术的应用价值，具体而言，湿陷性地基的处理技术如下。

2.1 挤密桩法

挤密桩加固法是按照设计要求展开成孔施工，桩孔之内通过分层方式完成振捣，使用水泥、砂石、粉煤灰、灰土以及碎石等作为填料。施工过程中，通过桩间土作用，打造复合地基。由于该方法应用过程需要注意地下含水量的控制，保证水位深度能够满足施工需求。如若需要处理，宜水位深度在20m 左右。该技术的应用对于土壤和场地方面的要求不高。

2.2 注浆法

在地基加固阶段，用的方法是注浆法。具体而言，就是在待处理的地基孔隙内灌注水泥浆液，通过浆液的填充和渗透，对于土壤进行挤密处理。施工阶段，要先使用钻机钻孔，之后使用高压泵将浆液引出，当浆液能够和土壤混合，将基土颗粒之间气体、水分等排除，使浆液和土体交胶结，硬化以后形成完整的地基，该技术运用之后，能够将地基强度增加，提高其抗震性，达到加固要求。

2.3 桩基础

利用混凝土和钢筋制作基础桩，应用此方法能够将地基承载力有效提高。因为受力原理之间存在差异，导致基础桩类型也各有不同。通常基础桩包括摩擦桩、端承桩两种，以上桩基础适合应用在各类土壤当中，而且施工工艺发展相对成熟。但应用过程进度稍慢，因此如果工程对于进度方面要求严格，不适合选用此技术加固地基[2]。

2.4 夯实法

夯实法是利用夯锤冲击力对于土体进行夯实，施工过程可以选择不同重量的夯锤。如果选择3t 以内，可以控制夯锤下落距离在4.8m，此高度下落能够地基内部的水分排除，提高土壤干密度。该技术适合应用在地下水位超过0.8m 的地基处理工程当中。这类地基稍存在黄土湿陷性特点，影响范围能够达到1.5～2.0m，对于浅层地基处理效果明显，能够提高地基的整体性。如果选择重量在8～20t 的夯锤，对于地基进行强夯，有效改善黄土湿陷性地基，让地基的孔隙被压缩，有助于深层地基的处理，具有经济性优势。

2.5 换填法

在地基处理过程当中，还可采取换填法处理，将软土层和铺垫层挖除，将黄土湿陷量消除，提高地基的承载力，或者由于上方荷载影响导致地基变形。该技术可以应用在厚度在3.0m 以内的地基加固工程当中，并且地基处于地下水位上方。需要注意，用此技术应该落实防水施工，以免由于防水问题导致土层下沉。

3 灰土挤密桩法在湿陷性黄土中的应用

本文引用以下公路工程数据举例说明。

3.1 工程概况

公路涵洞工程属于省域交通重要的连接道路。工程跨越等级为Ⅱ、Ⅲ级的湿陷性黄土地基，了解地基情况，选择汇水流大、地形平缓场地，对于涵洞地基的湿陷性展开处理，完成现场试验。最终选择公路桩号①K14+130、②K14+335 两处位置，在以上2 点挖深井，穿越黄土层，获得施工点土体重点参数信息，明确地基的物理力学指标。按照相关规范，判断①、②两处地基土体的湿陷量是669.5mm 和533.9mm，整体湿陷量分别为340.5mm 和378.7mm，湿陷层厚8.0m 和9.0m，属于Ⅲ级的湿陷性黄土[3]。

3.2 处理措施

对于湿陷性黄土地基处理通常使用夯实、垫层和挤密法，为了对地基稳定性加以控制，本研究选择同桩径、不同桩间距（分为大、小间距）的处理方式设置灰土挤密桩，对于工程地基展开处理。大、小间距的挤密桩分别应用在①、②两处施工位置，由于以上施工点的地形类似，都是排水盖板涵，处于深度6.0m，挤密桩直径0.4m，作为小间距1.0m 的灰涂土挤密桩，挤密桩1.2m作为大间距的灰土挤密桩，在桩顶、基底中间设置垫层，0.8m，“三七灰土”，容重16kN/m3，在路涵的过渡段进行填筑，高度是路堤3.0 倍。

3.3 效果分析

3.3.1 湿陷性变化

根据各类间距挤密桩应用以后地基湿陷系数的变化，能够得到结论，处理之前，涵洞的基底层8m 范围之内，土体的湿陷系数变化介于0.03～0.065 间，湿陷等级中等。利用挤密桩进行处理以后，在处理地基的影响之下，湿陷系数维持在0.015 之内，由此可见，经过挤密桩的处理，地基变成复合地基，消除原有湿陷性，使用灰土挤密桩对于黄土湿陷性地基的改良效果较好。应用该技术处理以前①处地基的湿陷系数高于②处，挤密桩处理之后①处地基的湿陷系数低于②处，使用2.0倍、2.5 倍桩间距都可将地基的实现系数减小。对比而言，2.0 倍桩间距的挤密桩对于土体的湿陷系数减小值较高，高于2.5 倍间距0.003～0.005，代表使用小间距的挤密桩对于地基的湿陷性改善效果较好。主要原因是桩间距小，产生的挤密效果优良，当土体的密度增加时，就能控制其湿陷性，使用挤密桩叠加产生的影响范围就会越大，而土体越密，地基处理整体效果更好。

3.3.2 弹性模量的变化

本工程使用差异化间距，设置灰土挤密桩，针对涵洞地基进行处理，对于处理前后土体压缩模量的变化已经对比，处理之前，①和②的压缩模量较低，均值达到10MPa，利用挤密桩进行处理以后，在涵洞基底和6m 范围之内，土体的压缩模量有明显提高，能够达到15.0MPa～21.5MPa 之间，和地面土体接近的位置，压缩模量越高。从处理深度产生的影响方面进行分析，使用小间距挤密桩处理效果更好，和大间距挤密桩对比，土体的压缩模量略高于1.5MPa～4.5MPa，对比大间距挤密桩形成的复合地基，小间距挤密桩在处理之后，对于土体的压缩模量改善效果更为明显。所以，利用小间距的挤密桩，有助于地基土体压缩模量的提高，还能有效控制土体的变形问题。在挤密桩的影响范围之内，桩基土体的压缩模量有效提高，提高率在50%～90%之间。对比大小、间距两种挤密桩的使用效果，小间距挤密桩使用以后地基土体压缩模量提高幅度略高，高于5%～10%之间。从挤密桩应用机理角度分析，桩间距设置越小，对于挤密范围之内地基土产生侧向作用更为明显，同时叠加影响也较大，能够有效增加相邻桩孔的土体密度，最终使得土体压缩模量不断提高[4]。

3.3.3 沉降量变化

本项目为了确认各种间距挤密桩对于地基沉降变形土体压力产生的影响效果进行对比分析，在①和②两处涵洞的纵向断面分别设置7 处测试点，同时在断面涵洞的洞身内侧、涵洞基底等位置设置土压力计、变形观测标等，并选择各断面实测数据，分析处理效果。结合现场监测情况，判断涵洞沉降的变形结果，能够看出在不同拱顶的不同断面产生的地基变形量、变化趋势都有差异。在①处施工位置，沉降量最大的位置在涵洞的翼墙末端，在使用小间距挤密桩处理以后，监测时间12 个月，涵洞的沉降量为40.6mm，可见还没有达到稳定情况。涵洞的中间位置，断面沉降量可以达到30mm，和其他的断面变形具有线性变化特点，没有达到稳定的状态。在②位置涵洞的内部断面，最高沉降值为45.3mm，沉降为线性变化，也没有达到稳定的状态。有两处短面最高沉降量达到16mm，对比涵洞的翼墙末端和出口断面，翼墙末端沉降量低于2～3mm，能够达到基本稳定的状态。虽然其他断面的沉降值有所增加，但是从整体的变化趋势以及变化时间方面来看，这种变形量在地基最大允许沉降范围之内，均未超过200mm，因此能够保证涵洞处于安全可控的状态。由此可见，灰土挤密桩处理以后，能够有效控制地基沉降问题。挤密桩间距不同，对于涵洞地基的变形改善效果无明显差异，但是从现场的地基土体湿陷性和现场地基的变形的控制难易程度分析，使用小间距挤密桩更有利于沉降控制，控制效果也更为明显。如果工程地势平缓，路段容易积水，等级较高，要选择小间距的挤密桩处理地基，对于地基后期的变形控制十分有利。

3.3.4 地基土压力变化

经过挤密桩处理以后：①处基土压力呈“台阶式”，从处理之前18kPa，变为处理以后的110kPa～130kPa，后期使用时也能保持稳定，断面基础压力要高于出口断面30kPa，涵洞的中间断面基土压力处于30kPa～45kPa 之间，测试结果和变化状态吻合。②处的基础压力变化差异明显，先增加后减少，后稳定于60kPa～130kPa 之间。

整体来看，当初施工点基础压力都会随时间发生变化，填土施工阶段由于基体承受的压力跟随填土高度不断增加，导致各断面受力也存在差异，土施工以后压力稳定。涵洞的中间断面压力处于进出口断面压力之间，能够将涵洞受力、变形情况存在的关系反映出来，有助于施工人员对沉降变形和地基承载力的分析。

3.4 结论探讨

该项目选择2.5 和3.0 倍的桩间距挤密桩，分别处理涵洞的地基变形问题，得出结果为虽然桩间距不同，但是对于湿陷性地基的变形情况问题都能得到改善，当间距越小的时候，不良地基的改善效果越好[5]。所以本工程可以选择桩间距在2.5～3.0 之间，设置灰土挤密桩。对比两种间距的挤密桩，当间距为2.5 倍桩径的时候，其对于湿陷系数的减小只略高于3.0 倍桩径0.003～0.005，土体的压缩模量高于3.0 倍桩径高1.5MPa～4.5MPa，由此可以判断小间距的挤密桩对于地基土体的变形问题控制更有效。

因此，针对黄土湿陷性地基类型公路涵洞进行施工时，由于施工区域可能出现积水问题，需要利用灰土挤密桩改善不良地基的沉降情况，提高其天然承载力。本工程可以选择桩径在400～500mm 之间，长度6m 的挤密桩施工，挤密桩的桩径和地基的湿陷深度相关，桩间距设定在2.5～3.0 倍之间即可，能够有效消除由于地基湿陷性对于沉降造成的影响，以免工程投入运营阶段出现不同程度的病害，以控制维护成本，保证安全运营[6]。

4 结语

综上分析，针对黄土湿陷性地基，合理运用灰土挤密桩处理地基，可以控制地基沉降问题发生。不但有利于工程成本的节约，而且还能消除不良地基对于工程质量造成的影响，经济效果优良。因此，工作人员需要重点掌握灰土挤密桩技术应用要点，够妥善处理这类特殊地基，以便在高效施工的同时更深入探索灰土挤密桩在建筑工程领域的运用途径，彰显技术应用效益。