灰土挤密桩加固湿陷性黄土路基效果分析

蒋 晓 磊

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

1 工程概况

平阳高速公路全长123.321 km，采用双向六车道设计，在河北段与京昆高速相连，终点与太原环城高速相连。平阳高速公路设计车速100 km/h，整体式路基设计宽度为33.5 m，分离段单侧路基宽度为16.75 m，为公路Ⅰ级。本项目施工区域地表多为黄土，且堆积层较厚，地势相对平缓。平阳高速K95+065～K105+210段分布有大量湿陷性黄土，地基承载力明显不足。湿陷性黄土遇水后原始的结构会被破坏，力学性能明显降低，未破坏时具有压缩性低，强度高等特点，直接影响地基承载力。选取K99+100～K99+200段作为试验段，该路段湿陷性黄土厚度为18 m～25 m，主要为全新世新近堆积黄土，具有孔隙、节理发育，且含有大量植物根系，湿陷性等级为Ⅱ级～Ⅲ级。为提高地基的承载力，采用灰土挤密桩对地基进行加固。

2 灰土挤密桩设计参数

灰土挤密桩是将一定比例的石灰和土填入夯孔内夯填密实，通过离子交换作业、碳酸化作用、结晶作用等物理化学作用形成具有一定强度的桩体，挤密土体，排除土体内多余的水分和空气，提高地基的承载力。结合本项目工程地质与水文地质情况，确定设计参数如下：

1)桩径d：根据施工现场土质情况，结合成孔施工机械和施工工艺，灰土挤密桩桩孔直径取值范围一般为300 mm～600 mm，本试验段桩径d=500 mm。

2)桩间距s：未消除黄土地基的湿陷性，提高地基承载力，应合理确定桩间距，通过分析计算确定等边三角形布置时灰土挤密桩桩间距s=80 cm。

3)桩长：结合施工现场工程地质情况，确定桩长为20 m。

4)挤密系数：为保证桩间土的密实度，确定挤密系数不小于0.9。

3 灰土室内试验研究

3.1 原材料试验

本项目试验段湿陷性黄土深度为20 m，从施工现场取样，通过室内试验确定土体的物理力学性质，为后续施工提供参考。试验后确定湿陷性黄土含水率13.5%，干重度14.62 kN/m3，孔隙比0.983，压缩模量4.69 MPa，湿陷性系数为0.024。检测结果表明该路段湿陷性黄土为高含水率、大孔隙、低压缩模量结构，承载力不足，必须进行加固处理。

3.2 最佳含水率的确定

结合以往的施工经验，分别对3∶7,2∶8,1∶9三个灰土比开展室内试验，选取不同的含水率拌制灰土，每份含水率递增3%。采用重型击实试验，确定灰土最大干密度，进而得到最佳含水率，试验结果见表1。

表1 击实试验检测结果

通过对表1数据分析可知，灰土比为3∶7的灰土最佳含水率和最大干密度分别为20.8%，1.609 g/cm3；2∶8灰土为21.3%和1.617 g/cm3；1∶9灰土为17.8%和1.633 g/cm3。

3.3 强度试验

根据上述试验确定的最佳含水率制作灰土混合料，检测7 d无侧限抗压强度试验，根据试验结果确定最终的灰土比(见表2)。

表2 7 d无侧限抗压强度试验结果

分析试验结果，得出三种灰土比7 d无侧限抗压强度平均值分别为563 kPa,483 kPa,530.75 kPa，均大于设计要求的300 kPa。相比之下，灰土比为2∶8的标准差较小，说明灰土混合料强度比较稳定。因此，综合分析本项目选取2∶8灰土，最佳含水率为21.3%，进行湿陷性黄土地基加固。

4 灰土挤密桩加固效果分析

4.1 桩身质量检测分析

湿陷性黄土地基采用灰土挤密桩加固完成后，对桩体施工质量进行检测。本项目分别选取1 m,6 m,12 m,18 m四个深度，对桩径、压实度和强度等指标进行检测，检测结果见表3。

表3 桩身施工质量检测结果

分析检测数据可知，灰土挤密桩桩径检测最小值为498 mm，最大值为510 mm，满足设计要求的(500±20)mm。

桩身压实度检测最小值为95.4%，均大于规范要求的不低于95%。桩身强度检测最小值为614 kPa，均大于600 kPa，满足设计要求。总之，桩身各检测指标符合设计要求，施工质量合格。

4.2 桩间土加固效果分析

对桩间土进行取样，检测加固效果，确定其物理力学指标，结果如表4所示。

表4 桩间土检测结果

分析检测结果可知，加固后桩间土的压缩模量有所提高，降低了孔隙比，地基土各方面性能得到了明显提高，达到了预期的加固效果。

5 结语

结合平阳高速湿陷性黄土地基处治实践，通过室内试验确定灰土比为2∶8，并在加固处治后进行质量检测，得出以下结论：

1)分析桩身质量检测数据，得出灰土挤密桩桩径、压实度和强度均满足设计要求，施工质量合格；

2)桩间土检测结果表明，加固后桩间土的压缩模量提高、孔隙比降低，地基土的物理力学性能得到了明显提高，达到了预期的加固效果。