灰土挤密桩在宁夏湿陷性黄土地区的应用

王英楠

摘要：通过对灰土挤密桩处理湿陷性黄土段落试验检测及分析研究，综合评价灰土挤密桩的处理效果。通过试验，确定桩间距、桩径，消除黄土湿陷性，达到处理效果。确定灰土挤密桩在湿陷性黄土地区的施工工艺，分析不同桩间距、桩径对处理效果的影响。

关键词：挤密桩；湿陷性；桩间距；压实度

1 引言

在宁夏南部地区修建各等级公路时，首先要重视的便是黄土的湿陷性，需要解决的主要问题也就是减轻黄土湿陷性，提高地基强度，或对黄土地基进行整治与加固，这也是黄土地区筑路技术的难点所在。本文结合青岛至兰州公路（宁夏境）东山坡至毛家沟段高速公路中灰土挤密樁处理湿陷性黄土地基的工程实例，重点论述不同桩间距、桩径对处理效果的影响以及施工机理、质量控制分析等内容。

2 工程概况

青岛至兰州公路（宁夏境）东山坡至毛家沟段高速公路位于宁夏回族自治区境内，是国家高速公路网规划中青岛至兰州高速公路（G22）在宁夏境内的重要路段，也是构筑国家高速公路网的重要环节和组成部分。本路段属于陇西地区黄土，厚度较大，胶结压实作用差，具有垂直节理，以中等-强湿陷性为主，湿陷厚度可达5-10米，局部可达15米，软弱层处理难度大，易重复沉陷。基于此情况，通过对灰土挤密桩在湿陷性黄土地区应用的研究，确定最佳的施工参数，为宁夏区内续建软土路基工程项目创造良好的条件。

3 技术机理

3.1 加固机理

黄土的强结构性及孔隙是产生工后沉降的主要原因，灰土挤密桩技术由于在施工过程中因冲击振动而对桩身周围土体充分扰动，使大孔隙黄土的原有结构发生变化，且变得结构紧密，从而大大提高了抵抗湿陷的能力，减少了工后沉降。在成桩过程中，桩间土也受侧向挤压力作用，从而被挤密加固，形成了强制挤密区、挤密区以及挤密影响区，提高了桩身周围土体模量，减小地基整体压缩变形。

3.2成桩加密

灰土挤密桩是利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层并随之拔出，在土中形成桩孔，然后在桩孔中分层填入灰土夯实而成。施工中当套管打入地层时，管周地基土受到了较大的水平挤压作用，使管周一定范围内的地基土的工程物理性质得到改善，其密实度增加、压缩性降低、湿陷性全部或部分消除。在相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，形成复合地基，桩间土中心部位的密实度增大，且桩间土的密度变得均匀，桩距愈近，叠加效果愈显著。

3.3化学反应

灰土夯实后，水泥与拌和土间发生一系列的物理化学反应，从而形成具有一定强度和渗透性较低的灰土固结体。灰土中土粒内的钠离子或钾离子能和水泥水化生成的钙离子进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度得到提高；随灰土水化反应的深入，组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，增大了灰土的强度。

4 参数确定

4.1桩间距和孔径的布置

根据设计要求桩体夯实后压实度达到97%。然而根据设计提供的公式S=0.95×d×0.5 ×[（λc×ρdmx）/（λc×ρdmx-ρd）]，

式中：S为孔中心距（mm）；d为挤密桩直径；λc为成孔回填后3个孔之间土的平均机密系数；ρdmx为击实实验确定的最大密度；ρd为地基挤密前各层土的平均天然干密度。根据项目湿陷性黄土路段试验检测，原状土的压实度只有69.2%（土的最大干密度为1.81 g/cm3，灰土的最大干密度为1.68 g/cm3，原状土的干密度为1.25 g/cm3），经过大量试验确定，桩间距为80cm、桩径为40cm时，桩体及桩间土压实度可达到90%， 黄土湿陷性可消除，能达到处理效果。

4.2 压实度

灰土挤灰桩处理地基的施工工艺是从建筑上引进的，而《建筑地基处理技术规范》中压实采用的是轻型击实标准（轻型击实标准土的平均最大干密度为1.7 g/cm3，灰土的最大干密度为1.60 g/cm3）；而公路上采用的是重型击实标准（重型击实标准土的最大干密度为1.81 g/cm3，灰土的最大干密度为1.68 g/cm3）。经过试验最终确定桩体及桩间土压实度均不小于90%时，湿陷性可消除。

4.3桩间距与桩间土压实度、桩径关系图

设计计算公式：S=0.95×d×（（λc×ρdmx）÷（λc×ρdmx-ρd）×0.5其中d为桩径（设计40cm），S为桩间距，λc为地基挤密后平均压实度（设计93%）， ρdmx为桩间土的最大干密度（项目部试验值为1.81 g/cm3），ρd为地基挤密前土的平均密度（项目部试验1.217g/cm3）。

4 施工工艺

（1） 施工准备。在施工前完成清表或将挖方范围内土方挖至灰土桩设计顶标高，并用平地机整平并洒水碾压。

（2）按照设计要求进行布桩。以正三角形进行桩位平面布置，布桩时可使用白灰做标记，并对桩位编号。

（3）成孔过程。采用锤头重2.5T的履带式灰土打桩机反复冲击土层成孔，孔深、孔径应符合设计要求。灰土桩施工顺序为先外排后里排，同排内间隔1-2孔进行，以免因振动挤压造成相邻孔缩孔或塌孔。

（4） 务实成桩。采用夯锤夯实时，夯锤重量一般选用100～300kg，夯锤最大部分的直径应较桩孔直径小10～15cm，夯锤形状下端应为抛物线形椎体或尖锥形椎体，上段呈弧形。

5 质量检验

5.1桩间土压实系数检测

成桩后，用环刀法进行试验检测。桩头碾压完毕，检测桩间土0～300mm的压实系数≥0.90（重型击实标准）。对已整平压实的路段进行桩间土压实系数检测，检测频次按2点/1000m2。

5.2桩间土湿陷系数检测

经检验湿陷系数δ<0.015，即证明湿陷消除。桩间土湿陷系数按1处/1000m2进行检测。与检测桩体压实系数同步取芯，以桩顶高度起每隔1～1.5m用取芯机分层取出原状土，分层标示；在室内用薄环刀切去试样，将试样安装到固结仪上进行湿陷系数试验。

5.3竖向静力荷载试验确立复合地基承载力

灰土挤密桩处理地基的承载力标准值，应通过原位测试并结合当地试验确定。我课题组在东毛高速公路A7合同段湿陷性黄土地基经灰土挤密桩处理后的效果进行检测，复合地基承载力特征值大于150kPa。

6 结语

采用灰土挤密桩技术，可有效减轻黄土湿陷性，加固黄土地基。随着国家加大交通基础设施的建设，加快“西部大开发”的步伐，必将有大批公路建设项目落户黄土地区，很有必要推广应用本项技术，有效处理湿陷性黄土，提高工程质量。

参考文献

[1] 杨坚.浅议灰土挤密桩在湿陷性黄土地基中的应用.房地产导刊，2013，19.

[2] 刘伟，阮兵峰.湿陷性黄土地区灰土挤密桩的机理分析及应用.山西建筑，2013，4.

[3] 黄闯.灰土挤密桩在陇西湿陷性黄土敏感地区高速公路地基处理中的应用.公路与汽运，2012，7.