灰土挤密桩在特殊地基处理中的设计应用

王继平

(山西省公路局忻州分局，山西忻州 034000)

1 工程概况

某高速位于晋北黄土高原南部，境内以黄土台塬、黄土梁峁沟壑为主。路线所在区位于黄土高原中部，处于晋北湿陷性黄土工程地质区中部，黄土分布广、厚度大、土质均匀、结构疏松、孔隙发育，具有自重湿陷性。其中K22+470～K22+650段位于汾河三级阶地，地形起伏稍大，地下水埋藏深。该段路基主要以填方为主，填土高度在8 m～10 m左右，局部段落为半填半挖路基。地质勘察结果表明，该路段上部为第四系上更新统新黄土(坚硬)，下伏中更新统老黄土(坚硬)。上部新黄土厚度为16．1 m～26．8 m，土体湿陷性严重，湿陷等级为自重Ⅲ级～自重Ⅳ级，并且为中压缩性土。考虑该段路基填高对地基承载力要求较高，该段施工场地距离村庄较近，经过多方案的比选后，确定采用灰土挤密桩。

2 灰土挤密桩的加固机理

灰土挤密桩的加固机理可从如下几方面进行分析:

1)土的侧向挤密作用。土(或灰土)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。其挤密影响半径通常为1．5～2．0(为桩径直径)。相邻桩孔间挤密效果试验表明，在相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大，且桩间土的密度变得均匀。2)灰土改良作用。灰土桩是用石灰和土按一定体积比例(2∶8或3∶7)拌和，灰土具有良好的改良作用，经夯实形成桩体后它可达到挤密地基效果，提高地基承载力，消除湿陷性，沉降均匀和沉降量减小。3)桩体作用。在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，荷载向桩上产生应力集中，从而降低了基础底面以下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。

3 灰土挤密桩的设计

3．1 桩孔直径选择

桩孔直径主要取决于施工机械的能力和地基土层的原始密实度。桩径过小，桩数增多，增加了打桩和回填工作量。桩径过大，桩间土挤密效果差，均匀性也差，不能完全消除黄土地基的湿陷性;同时要求成孔机械的能量也太大，振动过程对周围建筑物的影响大。综合以上因素，该工程桩径定为0．4 m。

3．2 桩孔深度

灰土挤密桩深度主要取决于湿陷性黄土层的厚度、性质及成孔机械的性能，避免因深度过小，而使其不经济。综合考虑以上因素，根据规范要求，最终确定桩长长度为6 m。

3．3 处理宽度

灰土挤密桩复合地基的效果与处理宽度有关，当处理宽度不足时，基础仍可能产生明显下沉。根据现场浸水试验，灰土挤密桩的处理宽度采用以下数值:每边超出基础边缘尺寸不小于0．5 m。

3．4 桩孔平面布置

桩孔布置的基本原则是尽量减少未挤密的空白面积。桩孔可采用四边形或等边三角形。本工程采用等边三角形。

3．5 桩距

灰土挤密桩地基的效果与桩距的大小关系极大。桩距大了，桩间土的挤密效果不好，湿陷性消除效果差，承载能力提高不多;桩距太小，桩数增加太多则不经济，同时成孔时地面隆起，桩管打不下去，给施工造成困难，因此需合理地选择桩距。选择桩距应以桩间挤密土能达到设计的密实度为准。本工程桩距为1．5 m。

4 灰土挤密桩施工

1)灰土挤密桩施工采用沉管挤密法成孔，施工现场集中拌制3∶7灰土，人工填料，100 kg～125 kg的夹杆锤夯实机分层回填夯实。拌制灰土用土来源为现场优质黄土。

2)沉管法成孔。采用柴油打桩机将带有特制桩尖的钢制桩管打入土层中至设计深度，然后缓慢拔出桩管即成孔，在沉管成孔施工中，应作到:a．桩机就位必须平稳，不发生移动或倾斜，桩管应对准桩位。b．沉管开始阶段应轻击慢沉，待桩管方向稳定后再以正常速度沉管。最初完成的2个～3个桩孔，土层有变化的部位或沉管贯入度出现反常的地方，均应逐孔详细记录锤击数和振动沉入的时间，出现问题及时解决。

3)桩孔夯填。灰土挤密桩所用的熟石灰在当地购买，填桩孔所用的土料和石灰应符合下列要求:a．夯实成桩施工步骤:夯机整平稳固并对准桩孔中心→底夯→填料→夯实填料→至设计桩顶标高→夯机移位。b．土料不得使用铲运机拉运的土料，有机质含量大于8%的表层耕土，淤泥质土，夹有砖块，瓦砾和生活垃圾的杂填土不得使用。土料一般要过筛，筛孔规格为20mm，土块粒径不得大于15 mm。c．石灰用生石灰消解而成，生石灰必须充分消解(闷透)，生石灰消解时间不得小于3 d～4 d，消解后的石灰过筛，粒径不得大于5 mm，且不得夹有未熟化的生石灰块粒，石灰质量不低于三级，活性成分 CaO+MgO(按重量计)不小于50%。d．经常测灰土的含水量，以保证灰土含水量接近最优。当灰土含水量超过最优含水量±2%时，应洒水湿润或晾晒。e．灰土拌和比例为3∶7，要求灰土拌和均匀，颜色一致，拌和好的灰土不宜隔日使用。f．填夯所用的锤应小于桩孔直径9 cm～12 cm，夯锤重量不宜小于100 kg，锤底面静压力不宜小于20 kPa，提升高度不小于60 cm。g．夯机就位后应保持平稳，夯锤对正桩孔，自由下落到孔底。h．桩孔内有杂物或积水时应清理干净，记录好管长与实际孔深之差，成孔后应实测虚土厚度，虚土厚度不大于500 mm时可采用底夯处理(底夯一般不少于20击)，填料前应先夯击孔底至发出清脆声音为止，当虚土厚度不小于500 mm时应采取复打(重桩)处理。i．人工填料时应指派专人进行，不得盲目乱填，按试桩结论的要求进行，严格禁止用送料车直接向孔内倒料。

5 施工注意事项

1)施工前必须进行成桩试验，对不同的土质、地质条件分别确定最佳含水量、锤击次数、落距和松铺系数等参数。2)对消石灰:其活性组织CaO，MgO的总质量百分含量不得低于50%，一般常用熟石灰粉，应符合标准Ⅲ级以上的质量标准。土料:宜选用粘性土，需打碎过筛，其中有机物含量不得大于8%。通过覆盖和喷水闷土等方法确保含水量在最佳范围。3)遇到黄土地基下有砂石夹层，在施工时会出现塌孔。处理措施采用灌水重新冲孔后及时回填。4)施工完后要及时做灰土封闭，为下面的路基施工做好准备。5)大面积施工前应先进行小范围试桩，根据施工后实际情况可适当调整有关参数。桩体施工完毕后，将桩顶1 m范围铲除，设置50 cm的10%灰土垫层。挤密桩拌和按照生石灰∶素土=8∶2(重量比)。

6 结语

灰土挤密桩在本工程中的应用，达到了提高地基承载力的目的。由于该方法是原位处理湿陷性黄土，无需挖出地基土，具有良好的环保作用，而且处理地基较深，施工机械简单，施工工艺简便，是经济与技术效果都较好的一种地基处理方法。

［1］《地基处理手册》编写委员会．地基处理手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2000．

［2］JTG D30-2004，公路路基设计规范［S］．