灰土挤密桩在湿陷性黄土路基处理中的应用

摘要：灰土挤密桩作为一种处理湿陷性黄土地基的重要方法，具有承载力高、技术可靠、设备简单、成本低、施工效率高、经济效益高等特点，在我国路基处理中得到了广泛的应用，从而有效消除了复合地基桩间土的湿陷性，提高了路基的强度，确保了整个公路的质量。文章对灰土挤密桩在湿陷性黄土路基处理中的应用进行了论述。

关键词：灰土挤密桩；湿陷性黄土；路基处理；路基强度；路基加固设计 文献标识码：A

中图分类号：U416 文章编号：1009-2374（2016）02-0097-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.048

灰土挤密桩是通过振动沉桩机将带有通气桩的钢制管沉入到土中设计的深度，下沉桩管对周围黄土产生较大的横向挤压力，桩管将地基中同体积的黄土挤向周围的土层，这样有效减少土间孔隙，增加土间的密度，使湿陷性得到消除，提高桩间土的承载力。当灰土桩的桩体材料石灰与土之间发生物理化学反应时，能使一定强度的桩体得以凝结，桩体与挤密土所组成的复合地基，使路基土的承载力得到了有效的提高，并且满足了施工设计的要求。

1 湿陷性黄土的特征

1.1 湿陷性

当黄土受到自然地表水的侵蚀时，黄土中的易溶盐类溶解，会破坏颗粒间的胶合作用力，从而导致土粒悬浮于水中。当再次沉积时，土粒碰到已沉积的土粒，因两者之间的相互引力大于其重力，土粒会在最初的位置上停留，不再出现下沉现象，从而形成蜂窝状结构，这为水的进一步侵蚀提供了条件，空隙间通过连通和扩展，会导致大孔隙和陷穴的出现。经过外荷载作用，会破坏土体结构，这样会造成大量、剧烈变形现象的发生，大大降低了土体结构的强度，从而产生湿陷性。

1.2 直立性

湿陷性黄土在天然含水量的状态下具有强度高和压缩性小的特征，可以将垂直边支撑起，天然陡壁多呈近90°的边坡，因此，湿陷性黄土具有直立性的特征。

1.3 膨缩性

当湿陷性黄土遇到水时，会产生膨胀现象，而干燥后会产生收缩现象，通过多次反复作用，会导致裂纹的形成，然后剥落，这样会对路基的稳定性产生严重影响。

1.4 崩解性

当湿陷性黄土浸入水中时，会很快产生崩解现象，这对路基的强度和稳定性会产生较大的影响。

1.5 难压实

当湿陷性黄土的最大干密度和最佳含水量较高时，就会难以满足碾压密实要求的条件。

1.6 受含水量影响较大

湿陷性黄土受含水量的影响较敏感。当含水量较小时，易于产生扬尘现象。当含水量大于最佳含水量时，易于产生翻浆现象。适宜压实的含水量为最佳含水量的-2%～+0.5%。

2 灰土挤密桩施工原理

第一，工后产生沉降的主要原因是黄土的强结构性和孔隙，在实际施工中，灰土挤密桩因冲击振动充分扰动了桩周围的土体，破坏了大孔隙黄土的原有结构，使其结构变得更加紧密，从而使抵抗湿陷和振陷的能力得到了提高，工后的沉降也得到了有效的减少。

第二，在成桩过程中，桩间土因受到很大的侧向挤压力，通过被挤密加固，使强制挤密区、挤密区和挤密影响区得以形成，从而使桩周围土体的模量得到了提高，地基整体的压缩变形得到了有效的减少。

第三，当采用较重夯锤进行施工时，孔内加固原材料单位面积会受到高动能、强夯击的作用，地基土会受到很高的预压应力，从而提高了桩体的强度，模量也会增大，这样

一来处理后的地基浸水及加载不会产生明显的压缩变形。

第四，桩体和桩间土得到有效的加固，复合黄土地基的整体刚度较均匀，可以确保行车的安全，提高行车的舒适度。

3 灰土挤密桩的作用

3.1 灰土挤密桩的有效性

（1）灰土挤密桩能够降低基底下一定深度内桩间土中的应力，桩间土挤密后在其湿陷性没有完全消除的情况下，当土中应力不超过其湿陷起始压力时，地基浸水后不可能产生湿陷或者产生湿陷较少；（2）灰土挤密桩对桩间土具有侧向约束的能力，当桩间土局部受压时，所产生的侧向挤出变形会受到一定的约束，从而使压力与沉降呈线性关系。

3.2 灰土擠密桩的简便性

（1）灰土挤密桩在施工场地狭窄以及土方大量开挖困难的场地较为适用，从而对地基无安全施工具有一定的影响；（2）灰土挤密桩是以土治土，就地取材，所以其材料较广泛；（3）灰土挤密桩施工机具较简单，且其制作成本低，其应用能够得到大力推广。

4 灰土挤密桩在湿陷性黄土路基处理中的应用要点

4.1 工程概况

郑州至西安客运专线，全长458.8km，主要经过山前平原、冲击平原、河流一、二级阶地和丘陵低山区等不同的工程地质地貌单元，沿线黄土分布广泛，大部分黄土为湿陷性黄土，该工程施工最大的问题是湿陷性黄土路基的处理。DK27+758.88～DK28+300段湿陷性黄土路堤长541.12m，路堤高6.2m，而地层上部8m稍湿稍密，8m以下稍湿中密，层厚约为25m，湿陷性黄土厚度为12m，

自重湿陷量为1.5～27.5cm，湿陷量为19.4～71.7cm。

4.2 路基加固设计

（1）加固类型选择。由于湿陷性黄土厚度达12m，因此路基可以采用桩长14m的挤密桩进行加固，顶钻孔直径为0.25m，挤密孔直径为0.5m，呈三角形布桩；（2）挤密桩间距的选择。根据计算可知，挤密桩桩间距应小于1.21m，所计算出的挤密桩间距为1.987m。

4.3 施工前的准备工作

（1）试桩。在施工前，应先进行成孔、夯填工艺和挤密效果等试验，然后对分层填料的厚度和相应的夯击次数、一次成桩的长度和振动锤功率等进行确定。只有确定试桩各参数后，才可以进行规模施工。主要试验内容：桩间土的标准贯入试验、符合地基荷载试验以及单桩承载力试验。如果一次试验不成功，要对设备进行改装或更换，并对施工方法进行改变，设置两次或多次试桩，直到全部试桩达到施工的要求；（2）灰土材料。对于灰土材料的选择，石灰的各项技术指标应符合施工的要求，并且要采用集中购进和集中消解的方法，从而确保施工进度。如果存放时间较长，必须对其进行覆盖，这样一来可以起到防潮的作用，在使用前应对钙、镁的含量进行测定，不得使用不符合施工要求的材料。对于土源来说，取土场必须具备足够含水量适中的老黄土，路基原地面翻松自然土的塑性指数应在14左右，不得使用有机质含量大于10%的有机土；（3）场地的平整。在施工前，施工人员要对施工场地进行清理和平整，这样一来便于大吨位桩机的移机，确保桩的垂直度，同时要采用防护措施确保施工的安全；（4）机械的安装。在施工前，应组织经验丰富的技术人员对到达场地的设备进行安装，必须确保桩管的垂直，当发现损件时，要及时进行维修和更换，从而确保施工顺利地进行；（5）定位的测量。在施工前，施工人员应按照施工图纸对轴线进行定位，只有监理验线合格后，才可以进行桩位放样，轴线测量的精度和桩位放样必须符合施工的要求；（6）垂直度的校正。当桩机就位后，应对桩管的垂直度进行校正，确保桩尖和桩中心在同一直线上，从而确保桩身施工的垂直度。

4.4 沉管成孔

（1）待桩机就位平稳后，不得有移动、倾斜现象的发生，则桩管与桩孔相对应；（2）在施工开始时，应轻击慢沉。当桩管方向稳定后，按照正常的速度进行沉管；（3）当桩管沉到设计深度后，要及时将桩管拔出，不得在土中搁置太久。如果拔管较难，可以先使用水浸润桩管周围的土层，然后旋转桩管拔出；（4）当成孔后，要及时对桩孔质量进行检查，对孔径和深度进行观测，看偏差是否超过容许值，轻微缩颈可削扩至能满足填夯施工。

4.5 填夯施工

在填夯施工前，应先进行填夯试验，对填料数量和夯击次数进行确定，按照夯实质量的标准对检测方法进行检测，确保其达到施工的指标。当挤密成孔检查合格后，应及时进行回填夯实，应先底夯，确保有效地进行深度的处理，一般底夯要8次以上，直到听到清脆锤声为止。然后进行填料夯实，根据试桩所取得的参数，确定每次分层填料的厚度、夯锤的高度、夯击的锤数，直到每层听到清脆锤声，方可进行上一层填料夯实。

4.6 灰土挤密桩施工质量的检测

（1）在施工前，应对桩尖土进行标准灌入的试验，对各土层强度增长情况进行比较，从而对土层的承载力进行判定；（2）对于复合地基承载力的检验数量不得低于总桩数的0.3%，不少于3点，而单桩承载力的检验数量不得低于总桩数的2%；（3）在施工后，应间隔一定的时间进行质量的检验。当空隙水压力消散且间隔时间不少于28天后，方可进行饱和黏性土地基的检测，而粉土、砂土和杂填土地基不得少于7天；（4）对于桩体现场的检测，其主要内容有桩径、桩距、桩长和桩体土，可以采用钢卷尺对桩距、桩径进行现场测量，可以采用钻孔取芯方法对桩长、桩体土进行检测，采用人工探井取原状土样法对桩间土进行检测。

5 结语

总之，灰土挤密桩通过挤密作用，不仅使湿陷性黄土达到了最大干密度指标，还使黄土路基的湿陷性得到了有效的消除，提高了地基的承载能力和水稳性，确保了整个工程的质量。同时，灰土挤密桩施工无需开挖回填，能够缩短施工工期，并且填孔材料能够就地取材，施工成本较低。因此，灰土挤密桩在我国湿陷性黄土路基处理中得到了广泛的应用，并取得了良好的成效。

参考文献

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[3]何金学.灰土挤密桩在湿陷性黄土地基中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2012，7（2）.

[4]尹玉霞，谭景和.灰土挤密桩法在湿陷性黄土地基处理中的应用[J].土工基础，2012，8（2）.

作者简介：常建兴（1982-），男，河南濮阳人，供职于河南海威路桥工程咨询有限公司，研究方向：土木工程。

（责任编辑：黄银芳）