水泥土挤密桩处理湿陷性黄土地基的施工质量控制

文／靳莉果、李书强、张奇 中建七局安装工程有限公司 河南郑州 450000

1、工程概况

1.1 基础情况

根据黄河桥村地质灾害搬迁项目地质勘察报告显示，本场地探井孔自重湿陷系数均＜0.015，根据（GB50025-2018）《湿陷性黄土地区建筑标准》表4.4.6，判定为非自重湿陷性黄土场地，场地地基湿陷等级为轻微湿陷I级。采用灰土挤密桩或水泥土挤密桩消除部分湿陷性。基础采取水泥土挤密桩的方式进行加固，等边三角形布置，孔径0.4m，桩间距1.2m，桩长8m，水泥土挤密桩采用沉管法成孔，水泥土挤密桩桩身采用水泥土混合料，体积配合比3:7。涂料选用粉质黏土，有机质含量不超过5%，分层夯实，填料平均压实系数不应低于0.97。

1.2 地层基本情况

该区域地层基本情况如表1所示：

表1 地层基本情况

1.3 湿陷性黄土性质

1.3.1 物理性质

该区域湿陷性黄土物理性质如下：（1）组成颗粒，湿陷性黄土地区的颗粒物主要由砂粒（粒径超过0.05mm）、粉粒（粒径在0.005mm-0.05m）和黏粒（粒径低于0.005mm）组成，其中大部分地区湿陷性黄土中的粉粒数量占比较高，一般会超过50%，如该工程所在地区湿陷性黄土中粉粒的平均占比为53.6%，粉土性质稳定性较低，受压后会出现形变，同时其保水能力较强，受挤压时也会对外排放出较多水分，导致不均匀沉降问题。（2）孔隙比，孔隙比和湿陷性强度存在正比关系，常见孔隙种类有大孔隙（孔隙直径≥32mm）、中孔隙（孔隙直径在8-32mm）、小孔隙（孔隙直径在2-8mm）、微孔隙（孔隙直径＜2mm）几种类型，该工程所在区域大孔隙占比较高，湿陷性处于较强的状态。（3）干容重，该参数和土壤湿陷性之间存在反比关系，该地区部分粉质粘土所层的干容重超过15.0kN/m，处于非湿陷性的状态，粉土层干容重小于13.0kN/m，位于湿陷性状态。（4）天然含水量。通常情况下土壤中的天然含水量处于3.3%～25.3%，基于以往实践经验可以得知，在土壤中含水率超过25%后，土层不会出现湿陷问题，同时土层的承受压力也会下降，但对应的压缩性能处于相反的状态。该地区土壤中土壤天然含水量的平均值为13.5%，处于湿陷性较强的状态。

1.3.2 力学性质

该区域湿陷性黄土力学性质如下：（1）压密性，该性质主要反馈了土体在外部荷载作用下产生变形的情况，该地区的大孔隙数量较多，加上粉土自身性质特征，在受到外部荷载时容易出现较大变形问题，也是后期施工时需要重点关注的内容。（2）抗剪强度，该力学性质的高低和土壤中含水量、土壤密度存在较为直接的关联性。在含水率较低的状态下，随着密度的增大也会带来剪切强度增加的情况，该区域土壤中的含水量适中，密度处于较为中等的状态，因此其具有一定的应用强度，也是施工阶段需要注意的内容。（3）湿陷性，黄土在浸水后会缓慢吸收水分，随后会沿着地质逐步下陷，整个过程中的土体抗剪强度也会发生变化，最初土壤的抗剪强度下降速率较大，在达到最大数值后，土体中的含水量也会逐步增加，强度数值对比最初也会有所提升，尤其是初期土体中含水量较高时，底部的抗剪强度也会大于上层土壤。在该区域的土壤中，也存在不同的湿陷情况，这也是后期处理中需要注意的内容。

2、黄土湿陷及水泥土挤密桩机理

2.1 黄土湿陷机理

黄土湿陷问题出现机理主要分为外因和内因两方面，具体的分析内容如下：（1）导致黄土湿陷的外因在于外部降雨或地下水对土壤的侵蚀，使得土壤中含水量超过某一临界值，会导致黄土呈现出湿陷性状态。而且施工时外部荷载作用也会带来湿陷性问题，这也是施工阶段需要重要关注的内容。（2）导致黄土湿陷的内因在于黄土自身结构和物质成分情况，即土壤的颗粒物状态，具体的排列关系、颗粒物之间的接触关系、颗粒胶结种类、颗粒物赋存状态等情况都会对黄土湿陷强弱产生较大影响，这也是导致黄土湿陷形变的重要机理。

2.2 水泥土挤密桩机理

从本质情况来看，水泥土挤密柱法属于一种依托复合地基原理的加固处理措施。在具体应用中，其具体的加固机理如下：在加固过程中利用打桩机把套管打入到对应的土层中，在此过程中，套管周围的土层中也会受到相应的水平压力，从而使土体结构也会逐渐被挤密，土层密度也会不断提升。随后会将提前拌制好的水泥土分层回填到套管中，逐层夯实后可以顺利形成强度较大的桩体结构，对桩间土体展开进一步挤密。整个过程中也会不断降低土层中的孔隙率，并且结构的挤密影响范围也会随着距离桩体中心距离的增长逐渐减弱，这样需要通过桩体数量来提升整个湿陷性地基的综合强度，以达到预期的承载设计要求。

3、水泥土挤密桩处理湿陷性黄土地基的施工质量控制要点

3.1 施工准备阶段

在施工准备阶段的质量控制要点如下：（1）临时管线质量检查，在湿陷性黄土地基的施工现场，存在数量较多的电与管线，这也需要提前做好管线质量检查、相对位置/对应标高等参数的记录，为后续施工迁改工程的推进奠定良好基础。（2）该地区路堤地段基础清理，按要求做好区域内地表植物根系、腐殖质等内容进行清理，在施工现场中如果存在土坎、沟槽等结构，需要借助推土机和平地机对其进行处理。为了降低区域水源对地基稳定性的影响，在具体的施工活动中，也会对流经作业区域的水源进行提前截断，搭配排水沟设施，可以确保施工过程中的正常排水，以达到预期的处理要求。（3）和当地气象部门进行合作，在工作过程中根据气象部门的反馈数据，做好工作方面的调整工作，如增设临时排水设施、加固基础设备、保护成孔等，以此来降低气候因素对工程施工质量的影响性，营造良好的工程作业环境。

3.2 测量放线阶段

在该工程测量放线阶段的质量控制要点如下：第一，放样设备质量检查，在测量放线工作中会使用到全站仪、水准仪等测量设备，这些测量设备的工作质量也会直接影响到测量放线结果的准确性。在具体实践中，需要做好这些测量设备质量的检查和调试，等待其满足要求后再进行使用，降低设备因素带来的负面影响。第二，设计图纸的质量校核，上文中已经提到水泥土挤密桩的挤密影响范围也会随着距离桩体中心距离的增长逐渐减弱，这样需要通过桩体数量来提升整个湿陷性地基的综合强度。前期也需要做好设计图纸的综合设计，确定放样位置和放样点数量。在BIM技术辅助下可以对设计图纸质量进行综合化考量，对于不满足质量要求的内容进行及时修正，满足要求后按设计图纸进行放样。第三，根据已经确定的边界线，从中选择若干控制点作为标准控制点，误差控制在±5mm以内，按照梅花型来进行控制点放样，并且每一个控制点都会进行编号，便于后续复核工作的进行。第四，在放样工作结束后，也需要按要求做好质量校核与放样点保护工作，一般情况下，会选用长度为短钢筋插入到控制点对应位置，露出地面长度为30cm，质量满足要求后进入到下一作业阶段。

3.3 设备组装阶段

在该工程设备组装阶段的质量控制要点如下：（1）做好设备质量控制，在该工程项目的施工中，共设置了5500根水泥土挤密桩，为满足施工活动的顺利推进，所需要投入的施工设备为履带式柴油打桩机（共有4台）、卷扬机提升式夯实机（共有4台）、夯锤（共有4个）和夹杆锤（1个），根据相应的试验标准和质量验收规范，对不满足要求的设备进行更换和调试，等待其达到预期要求后再进行使用。（2）设备组装质量校核，现场使用的打桩机、夯实机需要在现场进行组装和调试，组装的过程中也需要遵循相应规范来进行，控制好各节点安装质量的检查工作，打桩机的中心点和控制点之间的偏差值不能超过5mm。（3）在设备使用过程中，也需要加强养护质量检查，该工程中使用到的水泥土挤密桩数量较多，为加快工程项目的施工进度，许多设备都处于高负荷工作状态，这也需要在日常工作中做好养护工作，包括每日工作结束后清洗干净打桩机、夯实机外部附着污渍，并且定期进行一次系统养护，更换损坏和老化元件，从而维持设备正常的工作状态，达到预期的施工质量要求。

3.4 结构成孔阶段

3.4.1 结构成孔阶段

在结构成孔阶段的质量控制要点如下：（1）在钻机顺利就位后，需要将钻机钻头中心和桩位点进行对准，考虑到打桩机的自重较大，结合湿陷性黄土的基本特征，也需要做好桩点位置基础点的加固工作，该工程项目的施工中会使用混凝土来对基础面进行简单加固，同时简单平整和夯击基础面，以此来确保结构成孔环境，加快相关活动的推进速度。（2）在挤密桩大面积作业前，也需要先进行试桩作业，在具体的试桩实验中，需要设计单位、甲方单位、检测单位和施工单位共同进行监督，等待实验工作结束后相应报告也会提交给对应的设计单位，等待其最终审核并通过后，可以进入到大面积桩施工阶段。（3）在冲击成孔的过程中，桩机的机身需要保持平稳和垂直的状态，过程中也需要做好质量监督工作，对于发现的垂直度偏差、孔径过小、孔深不足等问题，也会及时采取措施进行处理，等待所有问题顺利解决后，可进入到下一作业阶段。

3.4.2 验孔和清孔阶段

等待桩孔顺利成型后，进入到验孔和清孔阶段，在该阶段的质量控制要点如下：（1）等待成孔工作顺利结束后，需要及时进行验孔作业，此时桩孔的深度已经顺利达到了持力层以下，此时会使用钢尺来对桩孔直径进行检测，若不能达到预期设计要求，也需要利用水泥回填夯实等方法进行重新成孔施工，等待其质量满足要求后才可以进入下一作业环节。（2）在验孔的过程中如果遇到了塌孔问题，那么此时回填的混合料也需要进行复打成孔作业，直到质量满足要求并经过监理验收合格后，可以进入到下一道作业工序当中。（3）在成孔质量检查中，也需要明确具体的验收标准，该工程项目的施工中，对于成桩孔的垂直度允许差值为±1%，而桩孔中心距的允许偏差值不能超过桩间距的5%，等待所有验收工作均满足要求后，可进入到下一作业阶段，以提高作业结果的合理性。

3.5 填料拌制阶段

3.5.1 原材料质量控制

在质量控制活动中，基础工作内容便是做好原材料质量控制，具体的控制要点如下：（1）遵循相应建设规范，参考该地区的基础情况，选择相匹配的水泥土材料。在该工程项目的施工中，将粉质粘土作为主要的施工材料，材料粒径不超过15mm，并且所使用材料的配比控制在3:7，结合该区域气候条件，所使用水泥土的含水率需要控制在最佳含水率±2%范围内，以满足相应的使用要求。（2）在桩结构的应用中，也会使用到素土材料，该工程项目施工过程中，由于桩结构总量较多，因此在施工活动中会将部分打桩钻孔产出土方、外部采购二类土作为此次施工时的重要材料。对于打桩钻孔产出土方，会选择与二类土性质一致的材料，以满足相应的使用要求。（3）所有原材料质量检查结果也会形成相应的检查报告，递交给监理人员进行核查，确认其满足要求后才可以进行使用，避免不合理材料混入影响作业质量的情况。

3.5.2 填料拌制质量控制

在填料拌制质量控制环节，应注意以下作业内容：（1）做好室内配比试验工作，为了降低该工程项目成本支出，会使用部分已开挖的粉质黏土作为施工材料，而且在应用中也需要做好配比试验，在试验中需要对不同水泥掺入量情况下，对于无侧限抗压强度的影像情况，并以此为基础来确定最优化的含水率和最大密度，从而得到准确的配合比分析数据。（2）水泥土挤密桩在具体作业中也需要加强填料搅拌过程控制，在水泥土的具体搅拌中，需要先将相应比例的原材料进行干拌处理，搅拌时间控制在40s左右，随后向其中添加其他材料，并对各类材料进行湿拌和处理，时间总长度不超过2min，版恶化结束后需要对其性质进行检查，等待其参数满足施工要求后，才可以进行应用。（3）结合该地区湿陷性黄土的基本特征，按要求进行拌和的水泥土需要按要求尽快完成回填，避免混凝土凝结影响到最终的施工质量。

3.6 回填夯实阶段

在回填夯实阶段的质量控制要点如下：（1）工程施工期间使用人工填料的方式进行施工，这也要求参与施工人员专业水平处于较高状态，以达到预期的施工效果。在回填过程中选择分层回填的方法进行施工，单次回填土厚度不超过800mm。在操作过程中，会利用小型铲车来辅助施工，铲车底部也会添加模板材料，单次铲起的土体厚度不能超过0.1m，搭配人工辅助填料的方法，确保回填厚度的合理性。（2）做好夯实过程的质量控制，在具体的施工活动中，需要先利用夯机对钻孔底部进行夯实处理，随后再进行其他层结构的夯击。在此过程中夯机的落锤高度应控制在4.0m以上，为确保每次夯击结果的可靠性，会统一确定具体的落锤高度，如果所使用的夯机为一吨规格，那么过程中遵循“一轻九重”的顺序进行夯击，若所使用的夯机为两吨规格，那么过程中遵循两轻四重的顺序进行夯击，控制好相应的夯击次数，完成夯击工作后桩直径不小于0.50m，满足要求后可进入下一作业要求。

3.7 取样检验阶段

3.7.1 取样阶段

在结构顺利成型之后，进入到取样实验阶段，在取样过程中的质量控制要点如下：（1）为了得到准确的实验结果，在实验中会采用随机抽检的方式进行实验，基于相应的检测规范，在具体实践中所需要抽检的桩体数量不能少于总桩数量的1%（即不少于550根），为了更快地锁定不合规区域，一般都会将该区域细分为若干分区域，每个区域选择若干数量的样本，以便于后续分析活动的进行。（2）在完成基础取样后也需要对样本进行编号，如A区第一根挤密桩可以编号为A11，以此类推来完成其他参数的设计，以达到预期的应用要求。在实验时会利用到静荷试验，取样点数量需要控制在3点以上，并且参考《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）中的相关要求对取样进行预处理，以便于后续分析活动的快速进行。

3.7.2 检验阶段

进入到桩体检验阶段后，其质量的控制要求如下：（1）明确具体的检测内容，在具体实践中的相关检测项目和对应的质量检测标准如下：检测桩体的压实系数，该湿陷性黄土施工时的质量标准为平均值不小于0.97；平均挤密系数，该湿陷性黄土施工时的质量标准为平均值不小于0.93；最小桩间土挤密系数，该湿陷性黄土施工时的质量标准为数值不小于0.88；④湿陷性系统数，该湿陷性黄土施工时的质量标准为数值不超过0.015。（2）在具体实践中也会对施工允许偏差进行计算，在具体的计算活动中，具体的质量要求如下：桩位纵横向偏差值不能超过50mm；桩体结构的垂直度偏差不能超过1%；桩体的有效直径和桩长需要满足设计值要求，参考相应的检测规范进行操作，以提高操作结果的合理性。

结语：

综上所述，在湿陷性黄土地基的处理中，水泥土挤密桩具有良好的应用价值，通过整理水泥挤密桩施工技术应用过程中需要注意的相关内容，对于提高桩结构施工质量，加快后续工程作业进度有着积极意义。