灰土挤密桩加固湿陷性黄土路基效果分析

杨斐斐

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司,甘肃兰州 730000）

0 前言

在公路建设工程中，可能遇到路基为湿陷性黄土的情况，此时只有加固路基才能顺利完成接下来的公路建设工程，在加固的过程中需要利用灰土挤密桩。基于此，本文主要讨论在加固湿陷性黄土路基的过程中，灰土挤密桩的效果。

1 湿陷性黄土的特征

1.1 湿陷性

在自然的状态下，黄土极易受到地表水的流水侵蚀，在黄土中天然存在的碳酸盐将会被流水溶解，导致黄土颗粒的胶合作用逐渐消失，致使黄土颗粒悬浮在地表水中。当黄土再次沉积时，这种土粒与其他土粒相碰撞，彼此之间形成的引力要超过自身的重力，此时就会导致土粒悬停，不再下沉，由此形成的结构有利于流水的进一步侵蚀，黄土间的空隙越来越大，形成的塌陷也越来越严重。在这种情况下，加上外部的影响，黄土土体结构极易被破坏，黄土的强度也难以保证，这就是黄土的湿陷性[1]。

1.2 直立性

湿陷性的黄土具有天然的含水量，并且具有较高的强度，压缩性不大，可以支撑垂直边，因此，在湿陷性黄土的区域存在近乎于直角的边坡。

1.3 膨胀性

在遇到水后，湿陷性的黄土会出现膨胀，在干燥之后会出现收缩，经过多次的干燥和膨胀，会导致黄土表层出现裂纹，并被剥落下来，路基的稳定程度会受到影响。

2 灰土挤密桩加固机理

利用灰土挤密桩加固地基主要的加固方式是利用锤击在地基内部打入振动沉管，之后要在桩孔内回填灰土并夯实，直至形成桩体。在成孔过程中，打入地基的沉管将会把土体挤压至桩孔的周边，初步挤密土体；在回填桩孔的过程中，需要完成夯实工作，进一步挤密桩孔内外所有的土体，进一步提升地基的承载能力。以下是在加固地基时，利用灰土挤密桩的三点机理：一是在地基土体的内部使用锤击的方式打入振动沉管，可以增加土体的密实度，可以有效改善黄土地基的力学性能。二是在桩间的土体与灰土挤密桩之间形成了复合的地基，使得湿陷性黄土路基的承载能力得到增强。三是为了固结土壤，需要在桩孔内回填灰土或者石灰反应之后形成的胶凝产物，这样也会提升土壤的强度[2]。

3 工程概况

甜永高速是银川至百色国家高速公路（G69）的重要组成部分，主线采用双向四车道高速公路标准，设计车速为80km/h，路基横断面采用整体式断面，路基宽度为25.5m，行车道宽4×3.75m，硬路肩2×3.0m，土路肩宽2×0.75m，路缘带2×0.5m，中央分隔带2.0m，汽车荷载等级为公路-I级，设计洪水频率1/100。

本项目位于甘肃黄土地区，地基以黄土为主，因此，该高速公路路程的地基长期受到外力侵蚀的影响，还会受到多种地质作用的影响。在施工的路段上，密布着大量的湿陷性黄土。湿陷性黄土在被破坏之前，具有较高的强度和较差的压缩性。但是黄土结构被破坏之后，湿陷性黄土路基将难以承受较大的承载力，出现湿陷和软化的情况。为了工程的顺利进行，必须利用灰土挤密桩加固黄土地基，以提升湿陷性黄土地基的承载力。在完工之后，需要立即检测灰土挤密桩的施工质量，还要观测沉降的效果。

4 灰土挤密桩加固路基施工技术

4.1 施工方案

在本工程中使用的灰土挤密桩的桩径为400mm，在布置上采用等边三角形，在回填灰土时，比例为2：8，在灰土中含有60%的氧化钙和氧化镁。在该工程路段的黄土没有任何杂质，并且在使用前经过筛选，确定含水量时按照室内的击实实验结果。在施工中，需要分层灰土，并完成回填和夯实的处理。确定夯击的次数和分层的厚度需要试桩[3]。

4.2 施工设备

灰土挤密桩施工中需要使用成孔、拌和以及夯实等多种设备。在成孔时，采用沉管成孔桩机，在夯击时，不仅要使用杆状的尖锤，还要保证夯击的能量达到8000N.m。在拌和灰土的过程中，只需使用常规的拌和设备即可，在夯实桩孔内的填土时采用的夯锤与夯击的能量与上述要求保持一致即可。

4.3 试验检测

在施工之前，要在施工现场完成土样的选取，实验黄土性质可以在施工现场进行。需要将三个人工探井布设在施工区域内，经过探测发现，需要加固的深度与预期相比增加了三米，因此，每半米取样实验，经过检测之后发现，土体具有湿陷性的典型特征。

在施工过程中需要检测石灰土的质量，保证石灰与配比的准确，保证拌和质量，这样有助于最终保证灰土挤密桩的施工质量。在成孔时，需要检测桩孔直径，需要检测桩的深度。要参照压实度的要求，参照填层的厚度，以此确定需要夯击的具体次数。

在成桩一个月之后，还需要完成以此取土测样的工作，这是为了检测土体中的含水量以及湿陷的系数。在检测之前需要连续动力触探实验至少两个测点，实验的深度要保证超过地基土加固深度的3m。检测的桩体至少保证有三个，检测的指标包括桩间土体的含水量和孔隙比例。此外，还要试验桩体的静载荷[4]。

5 路基加固效果分析

5.1 压实度检测

将湿陷性黄土使用灰土挤密桩加固处理之后，按照相关的规定，需要抽检成桩的质量。在本次抽检试验中，检测成桩的指标包括成桩本身的桩径、桩孔内土体的压实度以及土体的强度等。根据灰土挤密桩桩身施工质量检测结果可知，工程中灰土挤密桩压实度要高于规范的95%，与此前的设计要求相符。经过试验之后发现，灰土挤密桩的强度最小值仍高于实验室测试的值。在经过灰土挤密桩加固之后，湿陷性黄土地基的承载力可以符合公路工程的需要。并且随着灰土挤密桩的持续施工，路基的强度和压实度仍在不断提升。

5.2 湿陷性黄土路基基底沉降观测

为了有效检测路基基底的沉降情况，需要在施工路段上布设测点。每个月观测一次，总共观察十一个月，初次观测的时间为2020 年1 月4 日，这一次观测沉降值为0，将其定位初始值。本次施工中选取了三个测点，根据各测点路基基底沉降观测记录表检测的结果以及沉降变化的曲线得知，以6月为分界线，在这一月观测中，沉降值最大，之后，沉降的速度趋缓。沉降量最大为6.2mm。在10 个月，沉降测量的数据变化仅为0.3mm，由此可以看出沉降已经趋于稳定。

6 结论

在施工中检测灰土挤密桩的质量可知，桩的压实度高于规范要求，强度也高于实验室的数据，并且灰土挤密桩的桩径符合相关规范，表明了施工的质量。在使用灰土挤密桩加固湿陷性黄土之后，抽检桩间土体可知，路基土的压缩量显著提升，孔隙比显著降低，湿陷性黄土的物理力学性能得到改善。观测完工后的路基可知，在第十个月，沉降变化值已经达到0.3mm，这意味着此时的路基基底已经稳固。