湿陷性黄土路基灰土挤密桩施工质量的控制

2023-01-16黄钰峰

四川水泥 2022年2期

黄钰峰

（兰州博文科技学院，甘肃兰州 730101）

0 引言

湿陷性黄土路基的处理方法有很多，但大多需要投入较大的开挖力度、人力、物力，还需要进行后期的回填处理，施工的整体效率较低。灰土挤密桩施工时，采用一定比例的石灰和水进行配制与拌和，将其注入到事先打好的桩孔中，与周围被挤密的土体形成良好的复合地基，主要特点是采取以土治土且不需要大挖大填，土方量少，因此经济效果较好，可以降低工程成本。灰土挤密桩的处理深度取决于地基湿陷性等级和施工技术的发展水平，一般合理深度为5m～15m，在国外有达15m～25m的，这是一般浅层加固方法如土垫层、重锤夯实所难以达到的，它是消除或减少厚度较大黄土地基自重湿陷性的一种简便而有效的方法。灰土挤密桩隐藏在地下且对整条公路的路基起到承载的重要作用，施工中更应该严格控制其施工质量，确保路基结构物的长久稳定与安全，延长湿陷性黄土地区公路的整体使用寿命。

1 工程概况

通定高速公路位于甘肃省定西市，定西地区湿陷性黄土分布广泛，土质主要为第四系全新统的冲洪积黄土状土及第四系上更新统的马兰黄土层，孔隙含量高，地基湿陷性等级一般为Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷性，极易造成路基不均匀或过量沉降破坏。项目路线起点（K0+000）位于通渭城北张家台子，终点位于（K118+040.877）称钩驿镇唐家岔沟口，路线全长114.831km，其中课题所选路段为第3合同段ZK61+760-ZK61+860，长度共100m，经土工试验检测，该段路基湿陷性等级为Ⅲ级。

2 灰土挤密桩施工工法原理

从本质上讲，湿陷性黄土容易塌陷的主要原因是土壤本身疏松及多孔的结构。治理湿陷性黄土主要是要改变土壤疏松多孔的特点，帮助土壤形成联结性、密实性更好的结构。在路基施工时，灰土挤密桩的特点在于不需要大面积开挖取土进行地基处理，而是不取土便可治理土，即利用机械将圆柱形钢制桩管挤压打进原地基成孔，打桩成孔的过程中会对周围土体产生扰动作用，使得周围土体被逐渐挤密，消除土壤的疏松多孔结构，用配置好的灰土填进桩孔内，并进行夯实，从而更好地扩孔，达到形成增大直径的桩体，桩与桩会对其之间的土壤产生较强的侧向挤压作用，此时湿陷性黄土结构中便产生了较多的挤密区域，两个邻近的灰土挤密桩会形成和模板、框架等比较相似的约束结构，便使土体的模量得到了很大程度的提升，提高土体的抗变形能力。灰土挤密桩的桩体变形模量远远大于桩间土体的变形模量和桩间土侧向约束作用，地基承受荷载50%的受力是由灰土挤密桩承担的，这样便可以降低桩间土的侧应力，限制桩间土的侧向挤压力，使得复合地基整体更加稳固，为路基等上部结构打下稳固的基础。

3 灰土挤密桩施工质量的影响因素

3.1 人的因素

人的意识决定人的行为，参与工程项目决策的领导者以及作业者，他们的意识、思想觉悟、知识水平、工作能力等均会影响工程项目的质量。施工时首先就要考虑到对人的因素的控制，因为人是施工过程的主体，是控制施工质量的关键因素。灰土挤密桩的施工是路基工程的重要部分，施工单位的管理者、技术负责人、操作人员、服务人员、作业者都要在各自的岗位上履行职责，互相有序地配合，才能保证其施工质量。

3.2 施工机械

在进行灰土挤密桩施工时，必须要综合考虑施工现场条件、施工工艺及方法和施工单位的技术经济条件，合理地去选择合适的施工机械和设备，按照进度计划合理安排作业班组和操作人员，相应人员必须认真学习并执行各项规章制度，严格遵守机械设备的操作规程，同时加强对施工机械的日常保养、维修和管理，保证机械设备发挥最大的效用。灰土挤密桩施工时，首先要采用施工成孔设备，即灰土挤密打桩机，以柴油锤为动力锤击钢制沉管入土，借助卷扬机将沉管拔出地面。此外，将一定比例的灰土进行拌合后送入桩孔内，还需借助夯实机或卷扬机提升重锤进行夯实作业，钢制重锤以自由落体为动力，对桩体进行逐层夯实，并根据试验桩得出的夯击参数进行夯实，根据设计要求检测桩体参数。

3.3 工程材料

工程材料包括原材料、成品、半成品、构配件等，是工程项目施工的重要物质条件，也是影响工程质量的关键因素，是保证工程质量的基础，对于工程项目来说，工程材料若不符合相关要求，无论采用何种方法都不能使工程质量符合标准，所以更应当严格控制工程材料。在灰土挤密桩的现场施工中，使用的主要工程材料包括土料、石灰和水。考虑经济因素，土料可以采取就地挖出的素黄土及塑性指数大于4的粉土，不能使用含有有机质的腐殖土，不能使用耕植土，且土料应该进行过筛，颗粒不大于15mm，在拌和前还要控制土料的最佳含水量。结合本工程所在地区的情况，石灰选用了Ⅲ级以上的新鲜块灰，并对其进行了洒水保证充分的消解，且进行了过筛处理，保证颗粒粒径小于5mm，经过检查，直至不包含未熟化的生石灰块为止，严格控制石灰的质量。本工程采用的是3%的灰土挤密桩，即石灰与土的比例为3∶7，按照设计要求，将石灰与土加水在拌和站进行集中拌和，即采用厂拌法。石灰和土中的水以及土颗粒成分发生了化学反应，包括离子交换作用、结晶硬化作用、火山灰作用、碳酸化作用等一系列的反应，使土体的性质发生了根本的改变。在初期，表现为土的结团、塑性降低、最佳含水率增加和最大密实度减小等，在后期主要表现为结晶结构的形成，从而提高了板体性、强度稳定性，这也是灰土挤密桩桩体具有足够承载能力的基础前提。

3.4 施工方法

施工方法包括所采取的技术方案、工艺流程和方法、组织措施、质量控制措施、施工进度控制、施工成本控制措施等内容，即要在施工前有完整的可以用来指导施工的施工组织设计文件。完备、正确的施工方案，直接影响着工程是否能够顺利实现质量、进度、成本三大目标，考虑不周全的施工方案将会破坏实现三大目标的平衡，可能会造成工程进度滞后、工程成本增加，工程质量也很难确保。灰土挤密桩的施工工艺及流程包括桩机就位、沉管挤土、拔管成孔、桩孔夯填、灰土垫层施工，每一工序都影响着灰土挤密桩的施工质量，故要合理安排施工，有明确的施工方案指导施工顺利进行。

3.5 环境条件

对于工程项目而言，影响工程质量的环境因素很多，且复杂多变，包括地形、地貌、地质条件、水文、气候、噪音、施工现场的通风和照明条件、安全防护及通信条件、作业场所条件等很多方面的因素，除此之外，工程项目的管理环境也是不可忽视的环境因素之一，包括工程项目的合同结构与管理关系的确定、组织机构的建立健全、各种管理制度和规章制度等。因此，要根据灰土挤密桩施工的特点和具体的条件，对影响施工质量的各个环境因素，提前制定有效的措施并严加控制，保证工程顺利开展。

4 灰土挤密桩质量控制要点

4.1 事前质量控制

事前质量控制是指工程项目在施工之前准备工作的质量控制。在进行灰土挤密桩施工时，首先要充分发挥组织管理的优势，建立一支人员素质过硬、管理水平较高、技术和资金到位的建设队伍，保证各方需求满足工程质量管理的需要。开工前的质量控制包括以下方面：（1）仔细审查施工组织设计，对施工工艺及流程、施工方法、劳动力组织等全面地分析是否满足工程质量和工程进度要求，配备与施工过程相适应、相协调的检验、试验、测量设备及人员，确保各环节均能顺利进行，保证施工工期要求。（2）灰土材料和灰土挤密桩的性能质量之间存在着非常密切的联系，因此工作人员在材料采购的过程中，需要通过考察优选合格的供货厂家保证灰土挤密桩施工时所用材料的数量、品质，材料进场要做好质量检验，需对供货厂商提供的产品合格证、技术说明书、质量检验证等进行检查，石灰是构成桩体的重要材料，供货厂商需要提供样品，施工单位要进行试验与鉴定，对材料的镁、钙成分含量给予相应的测定，保证所选择的石灰材料各方面都能够充分满足实际的施工需求，杜绝不符合要求的材料进场，从第一环节保证施工质量。（3）石灰材料运输到施工现场之后，需要对其开展相应的存放管理工作，采取覆盖加护以及闭光防潮等相应的有效措施，才能保证石灰材料自身性能的稳定性。（4）施工中所应用的土料，需要工作人员优先选择含水量在-2%～0.5%范围之内的素黄土，若含水量不足，则应在施工前适当洒水，若含水量过大，则需要进行翻动晾晒，总之保证在使用前土料的最佳含水量。（5）灰土挤密桩施工时，综合考虑施工机械的技术性能、工程规模、工作效率、维修的难易性、机械的耗能以及数量等问题，选择最佳的机械组合方案，确保满足施工质量、施工进度、施工成本的要求；六是做好作业准备工作，具体包括施工现场的场地平整，对较松软的场地采用压路机进行预压处理，保持施工现场的卫生，保证打桩机能够顺利运行前进，并做好临时排水沟渠，方便排水。（6）对轴线控制桩和水准点桩设置的编号进行复核，用石灰或钉标桩在桩孔位置进行标记，此环节工作开展的效果与精准性与后续灰土挤密桩分布的合理性以及其作用的发挥之间存在着非常密切的联系，因此需要在放样工作完成之后，工作人员使用全站仪以及测距仪等相关设备来开展严格的检测工作，保证每一个所涉及到的标记点、标记线相关数据以及各项参数都能够符合设计要求。

在进行灰土挤密桩施工前，即在大面积施工前，需要相关的工作人员在小范围内开展相应的试桩活动，从而确定灰土挤密桩的施工技术参数。试桩活动开展的主要内容有：选择三组共9个桩点，分别以不同的施工技术参数进行下管成孔、沉桩挤密以及锤击夯实，记录数据进行分析，然后进行单桩和复合地基承载能力试验。基于此种形式来开展两次或者是两次以上的试桩工作，一步步明确填料压实度、夯锤落距、夯击次数、每层回填土的最佳厚度等多个方面的参数，从而能够为后续大面积灰土挤密桩的施工提供重要的施工参数，为工程施工的顺利开展提供有效的保障。

4.2 事中质量控制

事中质量控制指的是施工过程中的质量控制。根据灰土挤密桩的施工工艺及流程，具体应当重视两个方面的工作，一方面是施工单位自身对施工质量的控制，另一方面是做好质量跟踪监控控制。在整个施工阶段，保证良好的工作状态，密切注意在前期施工准备阶段对影响工程质量因素所做的安排与计划，关注施工过程中是否发生了不利于工程顺利进行、不利于工程质量的变化，同时严格对每一个工序进行检查，保证工序之间的有序交接，在确保每一工序符合要求后再进行下道工序，严格遵守三检制度。此外，若在施工过程中发生了工程变更或设计变更，必须要由专门的负责人组织有关方面的研究、分析与讨论，确认后发布变更指令。

灰土挤密桩施工包括桩机就位、沉管挤土、拔管成孔、桩孔夯填、灰土垫层施工等若干步骤，其中包括两个重要环节，即桩机沉管成孔和回填夯实成桩。

在开展沉管成孔环节的施工过程中，需要相关的工作人员做好桩机就位质量的检查工作，保证桩机准确平稳，机架不出现任何的倾斜或者是晃动，在确认其准确无误之后，下一步需要对桩孔和桩管进行校对，桩管上需要设置醒目牢固的尺度标志，之后启动机械便可施工。沉管过程中，工作人员要严格遵循轻击慢沉的原则，控制桩管的垂直度和贯入的速度，发现异常及时分析原因并进行处理，有效避免桩管出现偏离或者位移的现象。桩管的下沉方向、下沉速度以及其稳定性足够之后，需要对桩机的功率进行相应的调节，使其能够回归到常规的水平，保证沉管施工工作开展的平稳性以及匀速性。在桩管满足设计深度后，需要及时进行桩管的拔除，不宜在土体中搁置停留较长的时间，这样才能有效防止对土壤产生相应的挤压应力，以免摩阻力增大拔管工作的难度。如果在实际施工中，桩管处于土体当中的时间比较长，这时工作人员可以采用对土层中注入适量水的方式，便能够对桩管周围的土壤进行浸润以及软化，之后相关的工作人员便可采用旋转拔管的方式匀速地将桩管拔出。在桩管从土壤中拔出来成孔后，需要专人检查桩孔的质量，对桩径的深度以及直径展开准确的测量，检查是否符合要求，若发现缩孔、回流等情况，可以采用洛阳铲进行扩桩直至设计值，如果情况严重甚至出现了无法成孔的情况，则必须在局部地段采用桩管内灌入砂砾的方式进行成孔。

在保证各方面参数都准确无误之后，才可以继续进行灰土材料的回填以及夯实工作。灰土采用拌和机集中拌合，各种用料要计量准确，根据每天的用量进行石灰的消解及灰土的拌合。拌合好符合要求的灰土料用运输车覆盖运输至施工现场。夯填施工时，要按照前期试桩活动所确定的填料的分层厚度、锤击夯实次数、落锤高度等参数连续施工，即每一桩孔的填料、夯击交替进行，一次性分层回填夯实，不得出现停顿等待或隔天施工的情况以免降低灰土挤密桩桩体的承载能力，并均匀地夯击直至高出设计标高20cm～30cm为止。一般来说，在夯实的过程中，锤击的声音较为清脆说明达到了夯实效果。整个过程要求有专门的监管人员对施工进行24h的盯控，要对每根桩的施工过程完整准确地进行记录，做好施工现场各个环节交接工作的记录，并保证记录的真实性[1-5]。

4.3 事后质量控制

事后质量控制指的是对施工过程所形成的产品进行质量控制。灰土挤密桩桩体形成后，要对主控项目和一般项目进行检查验收。主控项目包括对桩长、地基承载能力、桩体及桩间土干密度、桩径进行检查；一般项目包括对土料有机含量、石灰粒径、桩位偏差、桩垂直度进行检查。检测工作开展的主要目的就是为了能够对桩、桩间土及复合地基承载能力进行有效的判断，评估其能否有效地满足实际路基施工的具体需求。