水泥土挤密桩处理湿陷性黄土的作用

李自友LI Zi-you

（中铁十七局集团第三工程有限公司，石家庄050000）

1 湿陷的原因概扩及湿陷性黄土的特点

1.1 湿陷的原因概况

湿陷主要产生的两种原因：第一是湿陷路段遇水侵蚀，在水的压力环境下造成整个土层破坏，产生严重的下沉，从而严重影响道路行车安全。第二是湿陷性黄土自身所具有的一些化学特征。

1.2 湿陷性黄土的特点

湿陷性黄土地基路段由于受到了外界水的入侵，在水的压力环境下，整个土层受到破坏后产生下沉现象的发生，从而产生路面破损，影响道路行车安全。重力来源体现在两个方面：一是外力产生的压力，二是黄土自身出现的压力。自重和非自重的两种黄土有不一样的区别，主要是在上层覆土受到水的入侵时，是否产生严重的下沉为依据。其中，会产生严重下沉的是自重型湿陷性黄土，不会产生严重下沉的是非自重型湿陷性黄土。

2 湿陷性黄土处治原则

2.1 综合处治原则

包括地基处理、结构措施、防水措施共三方个面的措施，根据公路的结构特点和地基特性，地基处理方法应首先以防水措施为主要目的，地基后期处理为辅助方法，在以上两种措施达不到技术要求时，应当采取结构措施。技术采取多措并举综合应用的方法。

2.2 预防处治原则

完善相应路段的防、排水系统，从而降低地基遇水侵蚀的可能性，是预防该路段地基破坏的首要措施，同时是相对节省的技术防范措施。

2.3 分级处理原则

根据不同地基路段的特性：湿陷类型、湿陷等级、湿陷厚度，不同的公路结构部位（桥涵构造物、路堤、路堑）产生的湿陷变形和压缩变形按相关要求分级处理。

3 水泥土挤密桩的概述

水泥土挤密桩同时被称为“灰土挤密桩”，水泥土挤密桩用土采用粒径不大于20mm 的非盐渍土，同时土中不能够有活性物质，如氧化钙或氧化镁等一类的氧化物。水泥土挤密桩在大面积施工前需选择有代表性的路段进行试验段施工，根据施工后所达到的技术要求，进行施工工艺的选择、机械设备的布置，送土时间、夯锤的锤击次数进行确定，一般采用梅花桩布局隔桩跳打，保证桩孔的稳定性，防止塌孔现象发生。按照要求对桩间土及桩体土进行干密度检测，确保压实度满足设计要求，确保水泥土挤密桩的承载力达到设计要求。

4 水泥土挤密桩在工程中的应用实例

4.1 工程概况

本工程为京新高速公路（G7）新疆境内大黄山至乌鲁木齐段改扩建公路，是国家高速公路网的重要组成部分，功能突出；项目所属干旱少雨，特殊性土分布广泛；项目交通路段车流量大，重载比例较高；沿线管线众多，部分路段建筑分布密集，对项目改扩建干扰较大。尤其是该工程遇到的湿陷性黄土的情况比较严重，设计图纸中Ⅲ级自重性湿陷性地段采用水泥土挤密桩进行处理，以保证工程质量。其中湿陷性黄土路基段的情况见表1。

4.2 施工方法

4.2.1 施工准备

在施工前必须要对整个工程施工进行详细的审核符合，尤其是对湿陷性黄土路基段的土质进行含水量试验检测。配合比的配制工作，本标段图纸中水泥采用P·C32.5符合硅酸盐水泥，土采用非盐渍土。比例采用体积比10%的水泥土作为施工配合比，由于新疆地区取消32.5 等级水泥，变更为水泥采用P·042.5 缓凝水泥，体积比6%进行了配合比试验工作。各项指标检测结果见表2。

表1 湿陷性黄土路段明细表

表2 各项指标检测结果汇总表

体积比6%换算质量比为9.8:100，水泥土试验结果为：最大干密度为1.95 g/cm3，最佳汗水量为：11.2%。

4.2.2 施工工艺

①湿陷性黄土路基处理的过程中，必须保证整个路段的含水量合格，含水量过低将会导致塌孔，必要时要增加含水量。

②根据现场已知的控制点，按设计要求的桩间距（桩距80cm，按等边三角形布置）测放出桩位控制点，并用钢钎打孔，孔深不小于30cm，用灌注白灰的方法做好标记，桩距偏差≤0.5D（D 为桩身直径），使用经纬仪和尺量检测。地面标高采用水准仪测量。

③桩基就位，由施工员检查核对桩位，并保证桩架垂直，成孔中不发生移动或倾斜，桩尖对中心桩位偏差≤5cm，成孔顺序为分批隔排隔行跳打，成孔直径35-45cm之间，成孔深度不小于设计孔深，允许误差为-10cm。施工过程中随时对孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检测并记录。

④水泥土拌制时水泥剂量满足配合比批复剂量，含水量控制到最佳含水量左右，并达到“手握成团，落地开花”的状态。拌合好的水泥土用小型装载机运输，按规定间隔、次数、数量进行填料，填料时指派专人按规定数量均匀逐层填入，其夯实数量应有记录。

⑤采用卷扬机式电动夯锤夯击成桩，夯机由指定操作人员操作，边填料边按规定击数夯实到桩顶标高。锤重选用100-300kg 为宜。施工员对桩的夯填质量进行管理，随时检查，并认真填写施工记录。

⑥在工艺试验中检测各技术指标满足设计要求，从而确定夯机的夯实次数、填土厚度及进土速率，用于指导大面积施工。

⑦回填夯实采用应连续施工，不得间断停顿。回填土应在水泥达到初凝时间前使用完毕，隔夜土严禁再次利用。

图1 桩位布局图

图2 回填夯实

4.2.3 质量检验

①桩体压实度及桩间土压实度检测方法采用环刀法检测，对已完成成孔压实挤密后的桩体及桩间土进行钻机取样，单根桩长6m，检测4 处，以间隔深度1.5m 进行取样进行压实度检测，用于判断整个桩体或桩间土的压实情况。

②采用EDTA 滴定法对水泥剂量进行检测，称取300g 的混合料，倒入搅拌容器中，用玻璃棒搅拌均匀，加600mL 的10%氯化铵溶液；按每分钟110 到120 次的频率搅拌3min，放置沉淀10min，用移液管将上部已澄清的液体倒入300mL 的烧杯中，加盖防止灰尘掉入待测液中。用移液管吸取10.0mL 悬浮放入200mL 的三角容量瓶中，用玻璃量筒量取50mL 的1.8%氢氧化钠（内含三乙醇胺）溶液倒入装有悬液的容量瓶中，然后加入质量约为0.2g 的钙红指示剂，摇晃三角容量瓶使溶液变成玫瑰红色。记录未开始滴定前乙二胺四乙酸二钠标准溶液的体积V，开始用该溶液进行滴定，边摇晃边滴定，并认真观察待测液的颜色变化；在颜色变成紫色的时候，滴定速度应放缓，并摇匀；直到纯蓝色为终点，记录滴定管中剩余溶液的体积V2（以mL 计，读至0.1mL）。计算V-V2，即为乙二胺四乙酸二钠溶液的使用量。根据配合比批复时的EDTA 标准曲线对比确定现场水泥用量是否满足设计要求，从而控制水泥用量。

③使用三联固结仪的方法对桩间土的湿陷系数进行检测，根据项目需要利用环刀钻取桩间土制件待检测，用凡士林涂抹环刀外侧，将环刀刀口朝下放到互环里，将板底放入容器内，板底上放透水石、滤纸、将护环和环刀放到容器中，土样表面放上滤纸、透水石，然后放下传压活塞和加压导环，使各部位紧密接触上，保证稳定。将压缩容器置于加压框架正中，密合传压活塞及横梁，预加1.0kPa 压力，安装百分表，将表调至零点。清除预压荷载，立即开始第一级荷载。加载时应减小摇晃和冲击，在加荷开始时同时开始计时。荷载等级一般要求为50-400kPa。饱和试样在施加第一级荷载后，立即向容器中注水至满。测定固结系数、沉降速率等技术指标，一般按0s、15s、（1、2、4、6、9、12、16、20、25、35、45、60、90）min、2h、4h、10h、23h、24h，直到结果数据稳定后停止。最后一小时的形变不超过0.01mm。结果整理，判定桩间土是否消除湿陷，满足设计要求。

④无侧限抗压强度检测采用50mm*50mm 圆柱体无侧限试模进行成型后，对已脱模的试件用塑料袋包裹后进行7d 标准养生，将已浸水一昼夜的试件从水中取出，用软布吸去试件表面的水分。根据试验材料的类型和一般的工程经验，选择合适量程的测力计和压力机，试件破坏荷载应大于测力量程的20%且小于测力量程的80%。球形支座和上下顶板涂上机油，使球形支座能够灵活转动。将试件放在路面材料强度试验仪或压力机上，并在升降台上先放一扁球座，进行抗压试验。试验过程中，应保持加载速率为1mm/min。记录试件破坏时的最大压力P（N）。结果整理看是否满足设计无侧限抗压强度。

⑤复合地基承载力试验用于检测单桩符合地基竖向抗压承载力，检测采用现场原位荷载方法，试验反力由荷载车辆提供，由1 根主框架构成加载反力系统。加载采用1 个1000kN 油压千斤顶，通过手动油泵驱动加载，千斤顶的合力通过承载板传递至被检复合地基，加载反力装置提供的反力大于最大加载量的1.2 倍。加荷方式采用分级维持荷载沉降相对稳定法。试验最大加载量按设计承载力特征值的2 倍进行，加荷等级宜取8-12 级，每级荷载增量均按最大试验荷载的1/8-1/12 确定，每级荷载施压后按第5、15、30、45、60min 测读受检面沉降量，以后每30min 测读一次。每一小时内的承压板沉降量不超过0.1mm，沉降急剧加大，土被挤出或承压板中间出现明显的隆起，累计沉降量大于承压板直径的6%或大于等于150mm，加载至设计要求的最大试验沉降，且承压板沉降速率达到相对稳定标准时终止加荷。结果整理看是否满足设计符合地基承载力指标。

表3 各项检测指标、频率及检测结果汇总表

通过上述试验确定各项检测指标、频率及检测结果见表3。

图3 湿陷性系数指标检测

图4 复合地基承载力试验检测

通过对试验路段的各项指标检测，检测数据能够满足设计要求，水泥土挤密桩在软基处理中起到较好的效果，能够有效的消除Ⅲ级（严重）自重型黄土中的湿陷性，保证了后续的工程施工，确保了整个工程的顺利实施。

5 结束语

湿陷性黄土路段在高速公路施工过程中如不能够有效地处理并消除湿陷，势必给施工安全及通车后的交通安全造成严重的隐患。当然，水泥土挤密桩的施工只是所有湿陷性黄土处理方法的一种。希望未来能够有更加经济、合理的处理方法，更加简单及彻底的解决湿陷性黄土的这一问题，确保工程质量有序可控。