灰土挤密桩在公路湿陷性黄土路基施工中的应用研究

李 建 王亚楠

（驻马店市天中诚达工程测试有限公司，河南 驻马店 463000）

我国地域辽阔，黄土分布甚广，作为一种特殊土，黄土因其特殊的成分与性质，在工程行业占有特殊地位。结构性强是黄土最突出的特性，当遇水之后，黄土结构将迅速被破坏，将产生明显的附加沉降，伴随沉降的不断加剧路基强度也会大幅下降。因此，在湿陷性黄土地区修建公路工程时往往会发生大量病害。灰土挤密桩在湿陷性黄土路基处治中的应用，可进一步提高路基土方强度，改善或消除土的湿陷性。

1 湿陷性黄土的特性分析

作为一种特殊土，在一定外部荷载作用下，湿陷性黄土的含水率增加到一定值后，极易出现坍塌现象，这就被称为湿陷。从力学性质角度来讲，湿陷性黄土的特殊性主要体现在3点，具体如下：

1）结构性。湿陷性黄土属于一种结构性土，其结构强度较为显著，在一定条件下，可避免破坏土的原始单元结构形式。当没有破坏结构强度时，或未出现软化，往往会呈现出压缩性低、强度高等特点，若一旦破坏其结构性，其力学性质将发生巨大变化，显现出软化、湿陷性特点。

2）欠压密性。因地质条件的特殊性，在长期沉积环节，相比加固内聚力强度的增长速率，湿陷性黄土的上覆压力增长速率远远在其以下，根本无法克服加固内聚力产生的作用，导致无法有效压密，从而始终处于一种欠压密状态。

3）湿陷性。由于黄土自身特点，加之外在作用力、水等因素影响下，湿陷性黄土的湿陷变形问题极为严重。基于湿陷性黄土的特殊性，要求在施工前，必须做好地基处理工作。

2 工程概况

某公路工程沿线多为黄土层，厚度大，呈中等－强湿陷特点，5～10m为湿陷层厚度范围。为了消除湿陷性，有效提升路基稳定性和地基承载能力，经多方商议，最终决定采用灰土挤密桩处理本路段湿陷性黄土问题，希望能够通过灰土挤密桩施工，消除黄土湿陷性，达到理想的处理效果。

3 灰土挤密桩作用机理

19世纪30年俄罗斯首次使用素土桩法消除黄土湿陷性，主要采用桩体挤密原理，通过研究与改进逐步演变成灰土挤密桩。此项技术是从上世纪60年代开始在软基加固中应用。灰土挤密桩是指在成孔过程中，通过横向挤压周围土层，促使桩孔内土向周围挤压，从而增强桩间土的密实性，随后向桩孔内装入备好的灰土，并一层一层振捣压实，直到满足设计标高，并由此形成复合地基，全面提升地基承载力。灰土挤密桩的作用主要如下：

1）桩体作用。灰土挤密桩形成的复合地基中，桩体具有较大刚度。在刚性基础荷载作用下极易出现变形，并集中作用于桩体，相比之下，桩间土所承担的荷载略少，减小原地基土的承载负荷，进而提升复合地基承载力，降低沉降。

2）垫层作用。桩和桩间土之间可形成一个复合土层，通过复合地基和上部垫层的相互作用，可构成一个双层地基，从而同时承担竖向荷载，实现分散作用力的效果。

3）排水固结作用。相比其他材料，灰土的抗渗能力强，当地表水浸湿垫层后，在灰土垫层的作用下，可避免下部土层受水浸湿。同时，在超孔隙水压力作用下，利用桩体，可加快地基固结沉降速度。

4）挤密作用。灰土桩属于挤密成孔类型，在成孔时，桩体原位土将被挤压到侧向，进一步减小颗粒之间的孔隙，提高密实度，加强桩间土的挤密作用。

4 灰土挤密桩在湿陷性黄土路基施工技术要点

1）施工准备。施工前期，需做好清表和土方开挖工作，要求开挖至灰土桩设计顶标高处，现场做“三通一平”、根据基础平面图进行轴线、桩位测量与设置。为了保证后期大面积施工质量，可先选取具有代表性的路段作为试验段，从而确定各项施工参数，比如填料分层厚度、夯击次数、灰土拌和量等等。待试验段检验合格后，才能进行大面积施工。

2）材料选择。（1）石灰。石灰是灰土挤密桩施工工艺的主要材料，可采取新鲜的生石灰，保证石灰内活性CaO+MgO含量在55%以上，粒径不大于5mm，含石量小于或等于5%。（2）土料。按照设计规定，合理选择土料。要求采用塑性指数4以上的粉土，其有机质含量不得超过5%，严禁使用粗粒土、膨胀土等。

3）测量放样与桩位布设。按照设计要求，将路基边桩、中桩等位置测定出来，并确定各桩位和路中心的间距，并布设路线控制桩。布桩时，要求采用正三角形，钻孔深度控制在30～40cm，φ2.5cm，并灌入白灰标注及编写桩位号。

4）成孔。在灰土桩夯实加固地基当中，成孔至关重要，成孔直接的优劣，对夯实效果和地基承载能力影响很大。按照成孔是否取土划分，可将其分为2大类，第一，排土法成孔，又包括2类，即人工法成孔，长螺旋钻机成孔。第二，挤土法成孔，又包括三类，即锤击沉管法、振动沉管法及冲击成孔法。其中适用性最强的为冲击成孔法，基本上不受地下水等因素制约。按照施工要求，灰土挤密桩施工中，可按照“外—内”的顺序进行设置，为了避免振动挤压过程中，相邻孔会出现缩孔、塌孔等问题，同一排当中可间隔1～2孔布设。在整个成孔施工中，要做到以下几点：

第一，钻进进入施工现场之后，可按照桩长进行钻塔、钻杆安装，严控钻具长度，避免因长度不合适，影响钻孔垂直度。

第二，钻机定位后，可先做相关检查，钻尖和土桩点之间的误差要严控在10mm以内。与地面接触后，要放慢下钻速度，特别是遇到地表硬层、冻土层时，应先通过风镐等将硬层、冻土层凿破后，再进行钻进施工。

第三，钻至设计孔深，需做好各项检查工作。比如，钻孔深度是否达到要求，是否存在虚土等等。

5）夯实成桩。采用100～300kg夯锤进行夯实成桩。在夯实过程中，主要施工流程为先连续对孔底处进行8次夯击，待保证地基土密实度满足要求后，按照“一填三夯”的原则进行填筑施工，成桩之后，便可通过振动压路机进行碾压，并进行灰土垫层填筑。

5 结束语

综上所述，世界上黄土分布广泛，在地球大陆总面积中占比高达2.5%。中国地域辽阔，黄土分布面积约54万km2，在我国总面积中占6%。我国湿陷性黄土具有分布面广、厚度小等特点。若将公路项目修筑于湿陷性黄土地基之上，路基强度将迅速下降，甚至出现沉陷等情况。因此，为保证工程质量，必须合理采用湿陷性黄土地基加固方法，灰土挤密桩是一种高效、简便、成本低的加固技术，将其用于湿陷性黄土地基加固施工，可消除地基土的湿陷性，提高路基承载力。