灰土挤密桩法在湿陷性黄土地区路基施工中的应用

2023-01-08秘荣明

交通世界 2022年10期

秘荣明

（中建路桥集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

在高速公路路基施工中，湿陷性黄土地区路基受到水的影响，易发生湿陷变形，造成路基结构破坏，降低公路使用安全性。为解决湿陷变形问题，必须有效处理基础地面全部湿陷性土层。灰土桩挤密法是利用成孔过程横向挤压周围土层，使桩间土层挤压密实，再向桩孔填入灰土振捣密实的一种地基处理方法，能够将湿陷性黄土地区的特殊地基挤密成复合地基，起到加固地基的作用。

1 工程概况

某高速公路A7合同段沿线为湿陷性黄土地区，以中等－强湿陷性为主，湿陷层厚度为5～10cm。路段沿线分布马兰黄土、黄土状土，大部分黄土为灰黄色原生黄土，胶结性、压实性较差，经检测湿陷系数为0.03～0.07，属于中等湿陷。为减轻黄土地区湿陷程度，稳定路基结构，采用灰土挤密桩法加固路基，以控制地基变形、工后沉降，保证本路段路基施工质量。

2 灰土挤密桩法在湿陷性黄土地区路基施工中的应用

灰土挤密桩法的施工工艺流程为：清理现场→场地整平→开挖土方→施工放样→成孔→填料夯实→检测→碾压桩头→灰土垫层施工→验收[1]。在本工程的路基施工中，灰土挤密桩法应用如下：

2.1 施工准备

2.1.1 清理现场

（1）施工前清理表面杂物，根据设计要求的灰土桩顶标高控制挖方深度；按照基础平面图施工放样，复测轴线、桩位，报监理工程师验收。

（2）整理施工图纸、地质勘察报告、施工组织设计等资料，做好施工技术交底工作，明确施工质量控制关键点；统一对设计桩位编号，依据水准点、轴线控制桩对设计桩位放样，放样后标识。

2.1.2 试验段施工

（1）在正式施工前开展试验段施工，确定灰土挤密桩施工中各项施工参数，包括灰土白灰剂量、含水量、填料分层厚度、夯锤质量、夯锤落距、夯击次数等[2]。

（2）检测复合地基质量，判断桩间土挤密系数、桩体干密度、压实系数、桩间土湿陷性、复合地基承载力等指标是否达到质量验收标准，在质量检验合格之后编制总结性文件，用于指导正式施工。

2.1.3 材料质量检测

（1）本工程采用新鲜的生石灰，要求生石灰最大粒径不得超过5mm，活性氧化钙和氧化镁的含量大于55%，含石量不得超过5%[3]。

（2）根据设计要求控制土料质量，要求土料塑性大于4，有机质含量小于5%，选用粉土，不得选用膨胀土、粗粒土、冻土、盐渍土。

2.2 桩位布设

采用平地机整平施工现场，洒水碾压，按照设计图纸测量放样，确定路基边桩、中桩、坡脚桩、断面桩的位置；路线控制桩布设与路中心保持一定距离，根据设计图纸完成灰土挤密桩布点，桩位平面布置采用正三角形，用电钻钻孔灌入白灰，做好标记，孔深30～40cm，直径2.5cm，各孔对应桩位编号[4]。

2.3 成孔

2.3.1 孔位布置

本工程采用冲孔法，减少对地下障碍物和地下水的影响，根据设计要求控制孔深、孔径，施工顺序为先外后内，同排成孔间隔2孔，防止出现塌孔或缩孔问题；桩孔直径为300～450mm，采用三角形布置桩孔，相邻桩孔中心距离为桩孔直径的2.0倍。

2.3.2 钻孔

（1）钻机就位，安装钻塔和钻杆，控制钻具长度，防止因钻具过长影响钻孔垂直度；检查钻尖与桩点之间的偏差，不得超过10mm。

（2）钻孔过程中缓慢下放钻头，如果遇到冻土层或地表硬层，要先用风镐进行处理，去除障碍物，之后再继续下钻。

（3）钻至设计要求的孔深后，检查虚土厚度，及时清理掉过厚的虚土。

2.3.3 夯击

根据现场试验确定机械夯机次数，采用履带式灰土打桩机夯击6～8次，打桩机锤重1.5t；在钻机无法就位的边角处，对孔深4m，孔径40cm的成孔采用人工夯实法，使用夹杆式夯实机，锤重140kg，小落距轻夯3～5次，重夯8次以上，每次夯锤落距需大于60cm[5]。

2.3.4 检测

检测桩孔相关参数，测量桩管长度，要求桩长不小于设计值；现场检测地基承载力、桩体和桩间土干密度，需符合设计要求；用钢尺测量桩径，允许误差不得超过-20mm。

2.4 夯实成桩

2.4.1 选用夯实设备

选用重量为100～300kg的夯锤，夯锤下端为尖锥形椎体，夯锤上端部位为弧形，夯锤最大直径要小于桩孔直径15cm[6]。

2.4.2 灰土混合料拌和

在拌和灰土混合料前，用石灰粉碎消解机消解生石灰；在拌和灰土混合料时，控制灰土用量和含水量，将灰土体积比控制在3∶7，采用移动式灰土拌和机均匀拌和，机械搅拌超过30min，根据标准试验确定灰土混合料的参数性能，当灰土运至施工现场后，现场试验检测灰土混合料性能。

2.4.3 夯实施工

（1）成桩时对孔底连夯8次，以提高地基土的密实度。

（2）在填筑时遵循一填三夯的原则，不得出现突然填料。填料过程中，每次填入孔内的灰土混合料以一铁锹量为上限，铁锹尺寸为25cm×30cm。由于人工控制填料厚度和数量的作业效率较慢，所以在本工程中采用自动送料夯实机替代人工填料方式，提升作业效率。

（3）成桩后在顶部碾压，碾压时使用压路机，根据设计桩顶标高控制实际的桩顶夯填实际高度，大于设计标高30～50cm[7]。

（4）碾压后填筑灰土垫层，垫层施工要凿除多余的桩体，不得在孔内直接填料。

2.5 施工质量检测

2.5.1 灰土检测

在集中拌和灰土过程中，对每批次灰土石灰剂量、含水量两项指标进行检测，根据标准确定指标偏差，绘制EDTA标准曲线，指导各批次剂量拌和控制，确定灰与土的体积掺配比例。

2.5.2 桩体质量检测

施工后，从桩顶处往下每间隔1m取芯，取样后做好标识，带回实验室用环刀切去试样，测定压实系数，按照重型击实标准要求，实际压实系数不小于0.90。钻芯取样桩数不得小于桩总数的1%。

2.5.3 桩间土压实检测

桩头碾压施工后，用环刀法检测桩间土0～300mm的压实系数，要求压实系数不得小于0.90；在整平压实施工后，检测桩间土压实系数。

2.5.4 湿陷系数检测

在桩体压实系数取芯的过程中同步取样桩间土，用取芯机分层取芯，由桩顶向下每隔1m取芯一次，按照1/1000m2检测桩间土湿陷系数，借助固结仪测定试样的湿陷系数。通过检测结果显示，桩间土湿陷系数小于0.015，表明此路段路基已经消除湿陷[8]。

2.5.5 复合地基载荷检测

采用油压千斤顶检测复合地基荷载，在承载板底部铺设粗砂，垫层厚度为10cm，分8级加载荷载，每加载一级间隔15min观测一次沉降，当承压板周围土出现明显裂隙或隆起时停止加载。每级荷载卸载后观测回弹量，每间隔15min观测一次。本工程中共随机选出3个试验点，最大试验荷载为234.6kN，最终沉降量为8.55mm、7.71mm、12.89mm，最大回弹量为2.47、3.14、3.02，承载力特征值均大于150kPa，满足设计规定的复合地基承载力不小于150kPa的要求。