铁路工程湿陷性黄土路基水泥土挤密桩处理技术研究

李健

（中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西西安 710000）

0 引言

大部分湿陷性黄土厚度较大，天然承载能力较差，因此，在铁路工程施工中，若遇到湿陷性黄土路基，就要彻底消除黄土的湿陷性，以满足路基施工后沉降，这就要对湿陷性黄土路基进行较大厚度处理，故其施工难度较大。为解决以上问题，常采用水泥土挤密桩处理技术来加固湿陷性黄土路基。基于此，本文就铁路工程湿陷性黄土路基水泥土挤密桩处理技术展开探讨，以供参考。

1 湿陷性黄土路基的破坏机理

在湿陷性黄土路基路段中，土层分布差异化严重，不统一、不均匀；湿陷性黄土路段的路基填筑高度存在较大的差异性，在受到车辆荷载的反复作用下，该路段路基会出现不同的沉陷量，因湿陷性黄土路基的抗剪能力较差，当出现严重不一致的沉陷量时，路基易出现断裂[1]。对于一些软基路段，通过采用胶结、强夯、挤密、换填等方法处理后，可降低土层结构中的孔隙率，提高土体的密度，以及路基的抗压缩能力与承载能力，在这种情况下，未经处理的路基与经过处理的路基的衔接位置处就会产生较大的沉陷差，进而导致路基发生断裂。

2 湿陷性黄土路基处理方法的研究现状

在最近几年中，随着我国社会经济的快速发展，专家与学者越来越关注并研究对湿陷性黄土路基的处理，现已研发出多种不同的湿陷性黄土路基处理方法，旨在消除土体的湿陷性，降低湿陷性黄土的压缩性与渗水性，改善土质。在湿陷性黄土层的类别、湿陷性等级、厚度确定后，需根据结构物的材料来源、施工条件、工程性质等，制订具有针对性的措施与方法来处理路基，使其满足施工要求。对于湿陷性黄土路基，现已出现多种处理方法[2]。在实际施工中，应根据结构物的施工要求、路基湿陷等级、施工条件、处理厚度等，选用适宜的处理方法。

3 水泥土挤密桩处理技术的加固原理

水泥土挤密桩处理技术的加固原理，就是利用桩间土侧向挤压作用、桩身置换作用来实现对土体的加固，在路基中进行柴油锤锤击沉管成孔，将水泥土夯入孔中，通过借用成桩过程中的挤密作用与水泥土挤密桩的高强度，提高路基的承载能力[3]。周边黄土土体在受到沉管成孔时的侧向挤压以及夯填水泥土时侧向压力的作用下会变得更加密实，孔隙率与压缩性降低，湿陷性消除，抗震能力加大，沉降期减小，进而加固湿陷性黄土。水泥土挤密桩处理技术的具体作用包括：

第一，提高路基结构的强度与土层的密实度，通过增加标贯击数，可提高土层的抗液化能力。

第二，软弱土体被相同桩体体积、密实的水泥土桩体所替代，因桩体周边土的抗变形能力与强度远小于水泥土挤密桩，故由水泥土挤密桩与桩间土构成的复合路基具有更大的承载能力，沉降量变小，进而提高了路基的抗破坏能力与稳定性[4]。

4 工程概况

中卫至兰州铁路（甘肃段）工程，按照双线高速铁路标准进行设计，设计速度为250km/h。选用正三角形方式排布水泥挤密桩，桩间距S=1.0m，行距H=0.866m，桩径0.4m，桩长8～10m。在正式施工前，选择200m 长度作为试验段长度，对水泥土挤密桩进行试验。桩位布置如图1 所示。

图1 桩位布置图

工点内地层岩性主要为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）砂质黄土，第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）粗圆砾土，下伏基岩为白垩系下统（K1）砂岩。工点范围内未发现不良地质现象，其中对工程有影响的特殊岩土主要为湿陷性黄土，第四系全新统冲洪积砂质黄土具湿陷性，湿陷性土层厚26.5～35m、8.8～28.5m，属Ⅳ 级（很严重）自重湿陷性场地。

5 水泥土挤密桩处理技术施工要点

在施工中，应严格根据施工设计方案进行施工，选用P·O42.5 普通硅酸盐水泥，按照水泥∶干黄土∶水=9.9∶100∶15.8 的比例进行施工材料的混合[5]。

根据相关试验结果，对以下一些施工参数进行确定，具体为：第一，回填30cm 混合料，进行8 次锤击；第二，水泥最佳含水量控制在15.2%左右；第三，选用500kg 的锤子，提锤高度0.6m；第四，在水泥土中掺入10.5%的水泥。

5.1 施工机械设备的配置

施工前，需配置齐全施工机械设备，具体情况如表1 所示。

表1 施工机械设备的配置

5.2 成孔

5.2.1 成孔顺序

在成孔施工中，若采用连续成孔方式，易导致相邻孔位出现坍塌、变形现象，鉴于此，宜采用由外到内隔排行成孔方式，同侧或同排应中间间隔1～2 个孔。

5.2.2 成孔验收

采用柴油锤锤击钢沉管成孔法，需提前对钢沉管做长度控制标志，并将其作为施工中沉管深度的重要参考位置。

（1）成孔机械设备就位后，首先对其进行合理调节，使其变得更为牢固、平整，然后起吊桩管，移动机械设备，直至沉管中心线与桩点点位重合为止，利用桩管自重与锤击力，在地层中压入桩管[6]。

（2）桩顶刚入土时，利用锤子冲击土体，在沉土1～2m 后，根据预设的落距与速度，开始锤击钢沉管，使其达到规定深度。

（3）在成孔施工中，若桩体斜度大于1.5%，应查找桩孔倾斜的原因，是否由地质条件造成，若与地质条件有关，应对地质条件进行详细核查，若与地质条件无关，应及时进行回填挤密，重新制作成孔。

（4）钢沉管深度达到设计要求后，停止柴油锤工作，将钢沉管匀速缓慢拔出，然后对孔径、孔深进行及时测量，孔径偏差应控制在5cm 以内，孔深应控制在50cm 以内。对孔洞直径、桩位进行检查，检查结果满足要求后，方可进行后续施工作业，若验孔质量数据大于设计规定要求，说明成孔失败，应分层填土夯实不合格的桩孔，然后重新打孔；若成孔深度未达到设计深度要求，需继续进行施工，直至孔深满足设计要求为止；若成孔深度大于设计深度要求，应向孔中超深长度回填与夯实素土。

5.2.3 夯填机就位与施工

对桩孔底部进行夯实处理。在填料过程中，若回填速度偏快，则会影响回填质量，故回填速度不宜过快，应保持匀速；每打完一个孔后，应及时对该孔进行回填处理，然后再开始打下一个孔。若土质较差，为避免周边桩孔因受挤压或振动作用而坍落，或桩孔直径变小，应根据施工现场实际情况，适当降低夯填速度。夯填机就位后，开始进行以下施工内容：

（1）桩孔清底结束后，开始夯填水泥土；在每一次拔锤中，应充分夯实每一次回落；至少夯击8 次，若夯击声音变得十分清脆，应立即停止进行夯击；桩孔中回落尺寸厚度不得超过0.3m。

（2）选用直径为30cm 的夯锤；施工技术人员应经常检测夯锤的落距，落距应控制在60cm 左右。

（3）选派专业技术人员负责桩孔填料的施工作业任务，桩孔填料要保持均衡，尤其是要严格控制土方的回填速度，不宜过快。

5.3 填料成桩

5.3.1 拌制填料

根据试验室要求，合理拌制填料，根据预先确定的填料混合比例，分别对水、素土、水泥用量进行精准称量；采用厂拌法来拌制填料，拌制的填料应保持足够均匀，填料中的土结块直径应控制在2cm 以内；填料含水率与其最佳含水率之间的偏差不得超过2%；妥善保存填料，不得被水浸泡或淋湿。

5.3.2 填料的回填与夯实

利用手推车将填料运送至桩孔前，然后向桩孔中缓慢倒入填料；选用直径为30cm、重量为500kg 的夹杆夯锤，夯落距离确定为60cm；夯实机就位后，夯锤进入桩孔孔底时不得拖泥带水；预夯孔底3 次，返回开始进行填料；为保证下料的均衡，在填料结束后，需立即进行夯实操作，在回填至桩顶时，也需夯击桩顶；当地下夯击响声变得十分清脆时，应立即停止进行夯击。在施工中，施工人员需及时测量桩孔深度、计算成桩直径；为保证成桩质量，施工人员需抽样检测各桩孔的填料质量，并详细记录每日的施工情况。

6 施工质量的检验

6.1 施工材料的检验

6.1.1 水泥

对选用的水泥进行检验，包括质量、规格、品种等，检验其是否满足设计要求。

若水泥为散装，则一批以500t 为计，若不足500t，同样视为一批；若水泥为袋装，且为同一批号、规格、品种与生产产地，则一批以200t 为计，若少于200t，同样视为一批；每批选取1 组进行抽样检验。

对水泥的质量证明文件进行检查；在水泥库中，应对水泥的凝结时间、水泥强度、水泥安定性等指标进行抽样检验。

6.1.2 黄土

根据设计要求，选用合适的较纯净的挤密桩用黄土，黄土应保持干净，同时有机质含量≤5%。若黄土的性质相同，并来自相同取土地点，则一批以1000m3为计，若少于1000m3，同样视为一批。

检验方法：按《铁路工程土工试验规程》（TB 10102—2023）规定的试验方法进行检验。

6.2 水泥土挤密桩的检验

在水泥土挤密桩施工现场中，检验桩体数量、布置方式等；根据《铁路工程土工试验规程》（TB 10102—2023）中的相关要求，检查水泥土挤密桩填料比例与含水量；制备好的水泥土填料中不得存在灰条、花面等，搅拌应保持均匀，颜色要保持一致；为保证水泥土挤密桩的深度、直径等均满足设计要求，应严格根据施工图设计方案进行施工，施工技术人员需检验全部的水泥土挤密桩桩孔。其中，水泥土挤密桩的施工质量检验结果如表2 所示。

表2 水泥土挤密桩的施工质量检验结果

6.2.1 检验方法

(1)水泥土挤密桩的布桩形式与数量，应满足设计要求。采用现场清点、现场观察法来检验水泥土挤密桩。采用抽样检测方法，抽检数量为水泥土挤密桩总数量的3%，同时各台班至少要检测1 根水泥土挤密桩。选取与桩孔孔心相距2/3 位置处作为检测点位置，进行轻型击实试验。

(2)检测桩间土的处理效果，具体检测方法为：在4孔间形心点的周边、成孔挤密深度中，每1m 取土样测定干密度，进行湿陷性试验，计算湿陷系数、平均挤密系数、最小挤密系数。沿着道路纵向，每50m 检测6 点。

7 结语

综上所述，在铁路工程湿陷性黄土路基施工中，水泥土挤密桩是一种重要的处理技术，通过采用水泥土挤密桩施工技术，可加固湿陷性黄土路基，提高路基的承载能力与稳定性。本文以中卫至兰州铁路（甘肃段）铁路工程为例，对水泥土挤密桩处理技术施工要点进行详细探讨，以期对其他类似工程起到一定的参考作用。