浅析灰土挤密桩在公路湿陷性黄土路基中的应用

王星浩

（西峡县公路管理局，河南 南阳 474550）

1 湿陷性黄土的基本特征

黄土是一种黄红色、含钙质的粘性土，其特性为渗透性、湿陷性等，不利于路基稳定。于公路建设来讲，最关键在于是否存在湿陷性。在一定压力作用下，黄土被水浸湿后，将迅速破坏土结构，并产生严重沉陷问题，这种情况下，被认为是湿陷性黄土。根据湿陷系数的大小，可确定黄土是非湿陷性黄土，还是湿陷性黄土。当湿陷系数＜0.015时，可认定为非湿陷性黄土；当湿陷系统≥0.015时，则认定为湿陷性黄土。由宏观角度分析，湿陷性黄土的基本特征主要包括以下几点：

1）湿陷性黄土的基本色调为“黄色”，可分为黄色、灰黄、棕黄等。

2）湿陷性黄土含盐成分高，尤其是碳酸盐。

3）石英、黏土矿物等均为湿陷性黄土的矿物成分，伊利石为黏土矿物的主要成分，化学成分中含量偏高的为剑突金属铝、镁等。

4）湿陷性黄土内存在大量粉土颗粒，甚至高达60%左右。

5）湿陷性黄土孔隙比大，一般为1.0，基本上均为松散结构 状态。

从微观层面来讲，结构单元、孔隙及胶结构为构成黄土的主要部分，黄土内粗粒粉偏多，大于0.05mm的砂颗粒含量很少，因此黄土的骨架构成主要为粗粉粒，在砂颗粒的表面附着有大量胶结物质，从而具备微结构特性。

2 湿陷性黄土常见处理方法

2.1 垫层法

垫层法也被称为垫层置换法，主要就是通过开挖的方式将地基底部以下的湿陷性黄土范围之内的所有软土部分或者全部挖出，并且置换成为压缩性比较小的砂、碎石、灰土、素土、粉煤灰、石灰粉煤灰、干渣等，这些置换的材料没有侵蚀性，并且经过振实、碾压之后就可以作为地基的持力层。对于建构筑物而言，在其中可能存在较多的震动设备，会产生附加的震动荷载，因此，垫层法是较为安全和较好处理效果的湿陷性黄土地基处理方法。

2.2 复合地基

复合地基主要指的是多种深层加固方法，通过桩和被挤密的桩间土构成的地基。和天然地基处理不同，也不属于一般的桩基，而是属于一种特殊的复合地基。一般主要可以分为几下几种类型：根据桩所用材料不同主要可以分为碎石桩和石灰桩等；按桩强度主要可以分为有柔性桩、半刚性半柔性桩（主要指水泥桩）和刚性桩（主要指钢筋混凝土预制桩）。复合地基的桩体材料不同，施工方法不同，复合地基对于湿陷性黄土地基的处理效果也不同。在工程中应充分利用复合地基的效应，具体包括排水效应、桩体效应、垫层效应、挤密效应，同时应该避免各种不同形式破坏的发生。

2.3 挤密桩

挤密桩是一种人工复合地基，其本身属于一种深层地基加固方法。主要就是利用沉管在地基当中形成桩孔，然后在桩孔内部填夯水泥石灰、灰土、粉煤灰、素土等材料，通过挤密的方式来加固地基。这种桩对于湿陷性黄土也有较好的处理效果，并且通过以土治土、就地取材可以有效缩短工期，整个施工的费用也较低，可以消除湿陷性黄土浅层以及深层部分或全部湿陷性。其中灰土桩和石灰粉煤灰桩可以运用在地下水位以上，处理深度大约为5—15m，含水量介于14%—23%的湿陷性黄土地基。如果主要目的是消除地基湿陷性，一般主要采用土桩；如果是为了消除湿陷性，降低压缩性，提高承载力，一般采用灰土挤密桩。

3 工程概况

经地质勘查结果显示，按地貌单元划分某公路工程属于黄河南(右)岸Ⅱ级阶地，场地地层上部为第四纪风冲积—洪积碎屑沉积物，主要土质类型为填土、黄土状粉土。通过试坑浸水试验，12cm为自重湿陷量，由此可测得本路段为自重湿陷性黄土地质，且为II级湿陷等级，具有较差的土体物理力学性质。结合当地实际情况，决定采用灰土挤密桩进行湿陷性黄土地基处理。

4 灰土挤密桩的作用

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。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。

5 灰土挤密桩施工应用要点

5.1 地基加固设计方案

1）确定加固类型。基于地质勘查报告分析，本工程具有8～12m厚的湿陷性黄土，加固时可采用14m长的挤密桩，0.4m为挤密桩钻孔直径，以正三角形布设。

2）确定挤密桩间距。根据长期实践与理论研究可知，2～3D为挤密桩的挤密影响半径（桩径直径由D表示），因此，可在0.8～1.2m之间控制挤密桩相邻两孔的间距，同时基于应力叠加效果考虑，最终确定0.9m为挤密桩相邻两孔的间距。

5.2 施工准备

施工前，需对土料实际含水率进行详细检测，一旦实际含水率大于最佳含水量±3%，则需及时调整含水率，严控土料含水率。石灰材料以块径小于5cm的新鲜生石灰为准，其中含石量需控制在5%以内。材料进场前，做好各项质量检测工作，保证其质量合格的情况下，才能用于施工。按照施工现场情况，结合施工方案特点，需提前配备好施工设备，保证施工连续性，同时，要提前做好试机工作，避免施工中出现故障，影响施工进度和质量。

5.3 定位测量

在施工前，对施工场地进行清理和平整，以便于桩机的移机、 就位。

施工前，需先清理干净施工作业面，保证无杂质。随后进行初步平整，保证满足施工作业需求，为后期桩机移动提供便利。同时，还要按照施工图纸，做好定位、放样工作。待基础检验合格的情况下，即可进行桩位放样。轴线测量与桩位放样的精确度必须与设计要求相符。待桩机就位之后，需及时校正桩管的垂直度，保证桩尖、桩中心在同一条直线上，以此提高桩身施工垂直度的准确性。

5.4 桩位布置

本工程桩位布设以正三角形为主，布桩时，钻孔直径为0.4m，桩间距为0.9m并将白灰灌入，用于准确标准，同时进行桩位编号。按照国家现行标准规范，结合工程实际情况，可确定14m为地基处理深度。同时要保证处理后的地基承载力必须控制在180KPa以上。

5.5 沉管成孔

灰土挤密桩地基加固处理时，成孔是一个至关重要的环节，成孔质量将对灰土桩及复合地基的承载力产生很大影响。成孔施工前，需按照“轻击慢沉”的原则，待桩管方向确定之后，便能以正常速度进行沉管施工，当达到设计深度时，拔出桩管，形成桩孔。

成孔后，通过夯实设备将孔底夯实，夯击次数不得低于8击，直至达到规定要求。孔内填料前，需先夯实孔底，可采用分段施工法，按照“由里到外、从中间向两侧”的顺序间隔1～2孔进行回填夯实。随后对桩孔直径、深度、垂直度进行抽样检查，保证在1.5%以内控制桩孔垂直度偏差，桩孔中心点的偏差控制在桩距设计值5%以内。

5.6 桩孔石灰土填夯施工

填夯施工前，应先做好填夯试验，准确确定各层填料数量与夯击次数。通过试验确定，每次回填厚度为300mm，夯击次数在12击以上，直至满足设计要求，随后夯实上一层填料，按照上述施工流程循环反复施工。最终保证灰土桩顶标高在设计桩顶标高5 cm以上。

5.7 特殊情况处理

第一，夯击施工过程中，桩孔内存在渗水、涌水、积水情况，需及时将水从孔内排出。

第二，沉管成孔时，若遇到障碍物，需采取以下方法处理。探查时，可通过洛阳铲，随后将障碍物挖除，也可在其上面或四周进行桩数增加，从而提高局部处理深度，保证质量。当遇到未填实的坑洞时，由于其面积较小，不便挖除，需打通桩并在该范围内增加桩数，也可从结构上采取一定处理方法。

第三，夯击过程中，若遇到缩颈、堵塞、成孔难、孔壁坍塌等问题，应根据实际情况，合理采取处理方法。例如，含水量太大，存在严重缩颈问题，可将干砂、生石灰块、碎砖碴等材料填筑于孔内。若含水量太小，需先浸水，保证其满足最佳含水量规定值。

6 结束语

综上所述，目前，处理公路湿陷性黄土的施工技术有很多，而灰土挤密桩施工技术因成本低、加固效果好等特点，被广泛应用于我国公路湿陷性黄土的处理中，已日益成为广大工程界人士的主要处理方式之一。采取灰土挤密桩法处治湿陷性黄土路基，可有效降低地基湿陷性，提高路基压实度和强度，具有良好的施工效果。