灰土挤密桩加固湿陷性黄土路基效果探究

曾新荣

福建六建集团有限公司

1 引言

湿陷性黄土路基作为一种较为普遍的软弱地基，其孔隙率以及干密度都相对很低，此时如果施工人员无法正确处置地基，那就极易使得地基遭受作用力的影响，从而产生一系列不规则的沉降问题，从而削弱了地基的平稳性。通常来说，土层湿陷系数不超过0.015，如此一来就能够很好地削弱湿陷性属性。当下，灰土挤密桩是一项比较合理的地基处置技术，利用振动沉桩机予以处置，能够大幅度地减少土层孔隙率，提升密度，相应地提高地基承载水平以及稳定性，如此一来给后续项目建设奠定重要基础。

2 工程概况

西安华润曲江九里A地块一期一标段位于西安市曲江新区，本工程8栋楼地基均采用灰土挤密桩复合地基，设计孔径560mm，桩间距1300mm，排距1120mm，采用等边三角形布置，总桩数量约2万根桩。设计复合地基承载力特征值不小于200kPa，桩体压实系数不小于0.97，桩间土平均压实系数不小于0.93。其目的是改良土体，采用灰土挤密桩消除地基土体湿陷性及提高地基承载力。本项目场地土层主要为第四系上更新统新黄土、古土壤和中更新统老黄土、古土壤，场地表部广泛分布有全新统人工填土，可分布13层，厚度为40m～50m。场地属自重湿陷性黄土场地，湿陷性黄土主要集中在东北、西北、华中、华东部分地区。

3 灰土挤密桩的应用要点分析

3.1 地基处理目标及方法

挤密桩法作为加固软土地基的重要手段，一般被应用于湿陷性黄土区域，采取冲击或者振动的形式，将圆柱形钢质桩管嵌入原本的地基，抽离之后就构成桩孔，接着施工人员再往其注入素土、石灰土或者水泥土等材料，进而构成一个较大直径的桩体，同时和原本的地基组成一系列复合地基。通常来说，灰土以及素土等挤密桩法常常用于处置地下水位以上的湿陷性黄土等地基，能够处置大约5至20米深度的处理地基。因此，为了进一步实现消除地基土湿陷性的目标，此时就要优先选取素土挤密桩法。而如果想要提升地基承载水平，或者强化它们的水稳性，此时就要优先选取灰土挤密桩法。因为这一建筑要持续应用，为了减少湿陷性，优先选取灰土挤密桩作为本项目地基基础的加固方法。

3.2 灰土挤密桩加固原理及功能

3.2.1 土的侧向挤密功能

在灰土挤密桩挤压成孔的过程中，桩孔方位原本土体被侧向冲击，如此一来，就能够进一步提升桩周的土层密实程度，其挤密影响半径一般在1.5d～2.0d之间，而根据邻近桩孔间挤密成效的数据表明，在邻近桩孔挤密区交接位置，由于挤密成效加倍，此时桩间土中心位置的密实度会有所提升，同时桩间土的密度趋于匀称，如果桩距越小，叠加成效就越明显。土的天然含水量以及干密度常常会影响到挤密效果，如果含水量靠近最优含水量，那么此时土就会表现出塑性的态势，而挤密效果最好。一般来说，如果含水量相对较低，而土处在坚硬情况时，那么有效挤密区就会缩小。而如果含水量相对较高，那么因为挤压会诱发超孔隙水强压，土体很难挤密，再加上孔壁周边土的强度会遭到干扰而有所减少，在拔管的过程中会产生缩颈等问题。

3.2.2 灰土属性作用

灰土桩就是指将石灰以及土根据相应比重（2:8或3:7）混合，同时于桩孔中夯实加密后产出的桩，该物料具备较为显著的气硬性以及水硬性，因为石灰内携带正电荷钙离子以及带负电荷黏土颗粒彼此附着，从而会凝结成为胶体凝聚，同时伴随时间的延续，此时土体固化效果就会更为显著，土体强度与日俱增。在力学作用上，其能够实现挤密地基的目标，相应地提升地基承载力，减少湿陷性，进一步缩减沉降量，保证沉降匀称。

3.2.3 桩体作用分析

在灰土桩挤密地基期间，考虑到灰土桩的变形程度往往会超过桩间土的变形程度，而荷载向桩上产生应力聚集效应，如此一来，就减少了基础底面之下土的应力，避免持力层中滋生诸多压缩变形以及湿陷变形的负面问题。不仅如此，因为灰土桩常常会对桩间土起到一定的限制作用，而限制土的侧向转移，桩间土仅仅会滋生竖向压密，导致压力以及沉降一直表现出线性关系。

3.3 加固施工及效果分析

石灰桩通常包括生石灰以及粉煤灰，比重即7:3。而在选取石灰的过程中，优先选择新鲜块灰，将之打碎过筛，其粒径大致为20mm～50mm，同时确保含粉量不大于总体重量的10%。氧化钙含量不可小于70%，含水率不可超出5%，其中有机质含量不超出5%，不允许包含石块以及其他杂质。而针对粉煤灰，要优先选取Ⅰ、Ⅱ级灰。通过一系列的加固处置，本工程地基土的湿陷性基本消失，且大幅度地提升了承载力，加固之前，该区域地基土表现为可塑或者软可塑状。而在加固之后，其含水量都有所减少，所以不难看出，灰土挤密桩的挤密以及吸水效果都是极为明显的。根据沉降变形检测，不难看出，在完成加固处理之后，首月沉降率有所减少，且地基已渐渐平稳，墙体裂缝位置所贴的石膏也没有产生不良的裂纹。

4 提升灰土挤密桩加固湿陷性黄土路基效果措施建议

4.1 结合现场土质情况对拔管的时间及方式作出调整

首先，在实际施工之前，施工人员要提供合理的成桩及夯填测验，对地基内的含水量以及夯击频次予以核验，从而获取合理参数。

其次，在实际施工过程中，要针对对应不同土质采用合理的桩管直径，现场采用两种桩管直径400mm、560mm。土质较好的桩孔可采用小管快拔，也可采用大管慢拔的方式，但一定要消除桩孔内的负压。土质较差的桩孔必须采用大管慢拔，在消除桩孔内的负压后，还需要控制拔管速率＜1M∕1min。由地勘报告剖面图可以看出，数值越大代表土质越不稳定，由此可以判定土质的好坏。

同时，采用CAD对图纸内土质差的区域进行分区，在较差分区的图纸内套出的坐标，放样时对较差区域坐标点位桩孔进行标记，方便工人施工，对桩管直径大小的更换提供更为明确的条件。一般分为如下几种情况，

其一，小管快拔。桩孔直径为560mm，桩管直径为400，因土质较差在成孔时土体侧压力会让桩孔直径缩小，在桩管下压时，不能对土体再次挤土，拔管时也不能对土体进行挤土，桩孔侧壁直径变小，又因为拔管速度大于空气进入桩孔内的速度，造成桩孔内产生空气负压，更大程度造成桩孔直径缩小。因此，在较差土质情况下不宜采用小桩管成孔。

其二，大管快拔。桩孔直径560mm，桩管直径550mm，虽然在下压，上拔时候可以对土体进行二次、三次的挤密，但如果拔管速度大于空气进入桩孔内的速度则桩孔内产生空气负压，造成桩孔直径缩小。因此，在土质较差时采用大管成孔但要考虑拔管的速度小于空气进入速度。

其三，大管慢拔。桩孔直径560mm，桩管直径550mm，桩管在下压，上拔时候可以对土体进行二次、三次的挤密，拔管速度小于空气进入桩内孔的速度，桩孔内无空气负压，又因土体再次被挤密，则桩孔直径大小变化在允许范围内。因此，较差的土体时采用大管慢拔可解决缩径问题。

最后，合理控制拔管时间及方式。工人在施工过程中，沉孔到设计标高后就开始拔管，应采用计时的方式，每个人对拔管的时间都确定，减慢拔管速度，对产生缩径的不合格率大幅度降低。在每台成管机械内配备沙漏计时器。针对现场实际操作1M∕1min拔管速率可减少95%的缩径。对现场实际施工机械计时统计。沉孔到设计标高后，先对桩管拔起500mm～1000mm后停顿十秒，在重新把桩管压入到桩孔内设计标高，消除桩孔内的空气负压后，重新拔管。

4.2 设置垂直夯入装置以及增加控制措施

第一，负责人要合理解析工人工艺技术。在现场对工人进行解析，讲解夯锤落入孔内的效果展示，以及会出现的问题，在施工过程中要保证夯锤垂直落入桩孔内，夯锤不与周边土体触碰，如产生触碰则增加夯击次数。

第二，适时地推行现场撒白灰管理机制。针对以上夯锤会与土体接触的情况在现场对成孔好的场地进行撒白灰管理制度，对桩孔周边进行定位放线，让夯填机械按灰白的规划路线行进，给机械一个辅助定位线，方便工人对机械进行控制，提高夯锤下落精度，避免夯填一击调整一次机械，可提高工作效率，及桩孔质量。

通常来说，白灰定位线等于夯填机械的宽度，平行于桩孔横向等间距进行放线，其桩孔位置在夯填机械中间，避免工人为了方便随便停夯机，后轮位置会掉入未夯填桩孔内，导致夯机械不水平，在横向白灰线的基础上放纵向白灰线，其主要目的是定位夯锤到夯锤机械后轮中心位置，在现场施工过程中，夯锤后轮位置只需要压在纵向白灰线上，夯锤的位置就垂直于桩孔位置，减少试锤次数。方可提高工作效率，及工程质量。

第三，相应地增加激光辅助控制线。在撒白灰的管理基础上增加激光辅助控制线，让夯锤更加精准的夯入桩孔内，工人只需要对正白灰线在结合激光辅助控制线就能100%让桩孔夯入桩孔内，进一步提高夯锤下落精度。将发射激光的仪器固定在夯锤机械顶部位置，让其可以垂直发射激光到地面上，产生激光辅助控制线，辅助控制线设置在距离桩孔20mm居中位处，激光仪器可随重力随左右前后摆动自己随时调节方向，将100%垂直地面，在撒白灰线的基础上进一步提高夯锤下落精度。提高工作效率，及工程质量。

5 结束语

综上所述，灰土挤密桩通常被用于处置已有建筑物黄土地基局部湿陷问题，特别是针对那些由于地基浸水引发的不均匀沉降地基问题，能够充分地发挥积极效果，大量的实践表明，其不仅可以消除湿陷性，减少地基土含水率，同时还能够相应地提升实际承载力，有时还能够抬升建筑体，发挥纠倾的作用，因而被应用得越来越广泛。在实际施工期间，灰土挤密桩可依据建筑物受损情况进行布局，同时还能够柔性加固处理手段，总之，灰土挤密桩操作便捷，土方量相对较少，且还能够在室内操作，造价成本较低，可供类似工程借鉴。