挤密桩处理湿陷性黄土高速公路路基的研究

王震

摘 要： 湿陷性黄土遇水强度降低，产生明显变形，严重危害高速公路的运营安全，导致路面出现开裂和沉降。以某采用灰土挤密桩处理的湿陷性黄土路基为例，详细阐述了施工准备、成孔施工、灰土拌合、灰土夯填、施工质量检测等工序的施工要点。对灰土挤密桩处理后桩身填料压实系数、桩间土挤密系数、复合地基承载力和湿陷系数进行检测。研究表明：桩身填料压实系数和桩间土挤密系数的平均值和极小值均满足要求；复合地基承载力特征值为200 kPa，超过设计要求的限值；路基经过加固后的湿陷系数都远低于允许值0.015，即路基10 m范围内经过挤密桩加固后湿陷性已消除。

关键词： 高速公路 湿陷性黄土 灰土挤密桩 压实系数 湿陷系数

中图分类号： U416文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）04-0038-03

Research on the Treatment of Collapsible Loess Expressway Roadbeds with Compaction Piles

WANG Zhen

Qingdao International Cruise Port Service Administration Bureau， Qingdao， Shandong Province， 266005 China

Abstract： The strength of collapsible loess decreases when encountering water， causing significant deformation， which seriously endangers the operational safety of highways， and leads to the cracking and settlement of the road surface. This article takes a collapsible loess roadbed treated with lime-soil compaction piles as an example， elaborates on the construction points of processes such as construction preparation， pore-forming construction， lime-soil mixing， lime-soil compaction and filling， and construction quality inspection， and tests the compaction coefficient of pile filler， the soil compaction coefficient of between piles， the bearing capacity of the composite roadbed， and the collapsibility coefficient after treatment with lime-soil compaction piles. Research results have shown that the average and minimum values of both the compaction coefficient of pile filler and the soil compaction coefficient between piles meet requirements， the characteristic value of the bearing capacity of the composite roadbed is 200kPa， which exceeds the limit value of design requirements， and that the collapsibility coefficient of the roadbed after reinforcement is much lower than the allowable value of 0.015， which means that the collapsibility has been eliminated within 10 meters of the roadbed after reinforcement with compaction piles.

Key Words： Expressway； Collapsible loess； Lime-soil compaction pile； Compaction coefficient； Coefficient of collapsibility

天然湿度下湿陷性黄土具有压缩性低、强度高等特点，但当遇水浸泡后，其强度明显减小，产生显著的湿陷变形现象[1]。黄土浸水产生湿陷变形易导致公路出现严重沉降和开裂，对公路的正常运营有显著的负面影响[2]。

针对湿陷性黄土特性及相应地基处理方法的问题，国内已有较多学者通过解析法、有限元法、试验法、监测法开展一系列研究，并取得了丰硕的成果。基于增湿变形试验，邵显显等人[1]研究了黄土从非饱和到饱和状态的变形特性变化，并提出临界孔隙比的概念。并基于SEM和MIP，研究了黄土微观结构与其增湿变形特性的关系。苏忍等人[2]以兰州地铁3号线为研究对象，通过开展典型大厚度湿陷性黄土场地地面浸水试验，研究了浸水后黄土不同深度变形规律。结合室内试验分析了黄土湿陷性对地下结构的影响。王雪浪等人[3]基于前人试验分析，研究了灰土挤密桩加固湿陷性黄土机理。通过解析法求解了灰土挤密桩加固后地基的孔隙比和密实度，进而计算出复合地基的承载力。杨校辉等人[4]通过对大厚度湿陷性黄土场地进行浸水试验，研究了挤密桩处理后不同深度的土层变形、含水率等变化规律。

本文以高速公路湿陷性黄土路基作为研究对象，该工程用灰土挤密桩处理湿陷性黄土。合理安排施工工序，严格把控施工质量管理。通过不同检测方法检测灰土挤密桩的处理效果。

1 工程概况

某高速公路二标段全长18.542 km，起止桩号K2865+000～K2883.542。该工程一部分地处湿陷性黄土场地，湿陷性黄土深度范围1.5～7.9 m。工程中采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土。挤密桩桩径0.4 m、桩距1.2 m，等三角形布置，桩长6～12 m。

2 施工工序与控制要点

2.1 施工准备

施工挤密桩前，按规定需完全清理场区内土体，并用平地机整平场地。路基黄土含水量处于最佳时加固效果最佳。当含水量较小时，需先用水浸湿所需要处理的场地，使其尽可能达到最佳含水量后再施工。当含水量较大时，应进行套管成孔，一定时间后，重新将桩管沉入地基[5]。

加固之前，认真开展图纸会审和技术交底，仔细复核和校正水准点、基准线，确认完全没问题后再放样桩位，及时撒上白灰做好记号。

2.2 成孔施工

柴油打桩机对准桩位，在打桩机标记出设计打桩深度，保持打桩机桩管垂直。将打桩机的钢管插入地基土至预设桩长后拔出，形成桩孔。成桩过程中保持打桩机的稳定性，打桩过程中不倾斜移动。开始打桩时轻击慢沉，待稳定后匀速击沉。钢管打到预设深度后立刻拔出，不宜久置，以防久置后难以拔出。成孔后对孔径、垂直度、孔深和中心位置进行检查，保证垂直度在±1%偏差内，孔中心距在±5%偏差内。待检查合格后进行下道施工工序[6-8]。

2.3 灰土拌合

选择带自动计量系统的拌合机拌合灰土，随后用搅拌机筛出。依据实际需求量拌合灰土和石灰，并且拌合后要进行检测，合格后可填筑桩体，已经搅拌的灰土1 d内必须使用。保持灰土接近最优含水率，当超出+2%最优含水率时，应晾晒；当低于+2%最优含水率时，应倒水浸湿。雨水天气不可拌制灰土，保证灰土质量。

2.4 灰土夯填

桩孔需清理干净并夯实后才能填灰土，夯击不得少于20次，依据预设的分层回填厚度逐层填料并夯击。该工程每层回填0.2 m厚，夯锤高度不低于0.5 m，夯击12次。填料夯实过程需工人专门监测并记录。夯锤垂直对准桩孔中心位置，平稳落入桩孔。

2.5 加固处理效果检测

对加固处理后的湿陷性黄土路基进行检测，主要进行压实试验以检测挤密系数和压实系数、地基静荷载试验以检测加固后地基承载力、土工试验以检测加固后路基湿陷系数。

3 处理效果评价

3.1 评价标准

湿陷性黄土路基处理后设计要求的质量评价标准如下。

（1）桩身填料压实系数：允许偏差平均值不小于97%，极小值不小于93%，检测频率不小于总孔数的2%，采用现场取样的检查方法。

（2）桩间土挤密系数：允许偏差平均值不小于93%，极小值不小于88%，检测频率不小于总孔数的0.3%，按规范方法检查。

（3）复合地基承载力：复合地基不小于200 kPa，检测频率不小于总桩数的1%，静荷载试验检查。

（4）湿陷系数：湿陷系数不大于0.015，检测频率不小于总桩数的0.3%，室内土工试验检查。

3.2 桩身填料压实系数

抽检3根灰土挤密桩测得其干密度和压实系数，绘制沿深度的变化曲线，见图1。从图1中可以看出，3根桩的平均压实系数分别为92.3、97.6和98.2，三者的极小值都不小于93%，满足上述标准。

3.3 桩间土挤密系数

抽检另外3根挤密桩孔土样，表1给出了不同取样深度处干密度实测值和挤密系数。从表1中可以看出，3根检测桩的挤密系数平均值为93.9，且3根挤密桩测点挤密系数极小值都不小于88%，满足上述标准。

3.4 复合地基承载力

对路基加固处理后选取10个检测点开展静荷载试验，最大加载为400 kPa，表2给出了检测结果。从表2中可以看出，路基经过加固后，10组检测点的试验结果极差小于30%的平均值，因此取平均值作为复合地基承载力特征值，即200 kPa。满足fspk≥200 kPa设计要求。

3.5 复合地基承载力

对路基加固处理后选取3个挤密桩探测10个深度的湿陷系数，分别为0.004、0.002、0.005、0.002、0.005、0.004、0.004、0.003、0.004、0.004。可见，路基经过加固后的湿陷系数都远低于允许值0.015，即路基10 m范围内经过挤密桩加固后湿陷性已消除。

综上所述，本工程所采用的灰土挤密桩处理湿陷性黄土有显著的效果。

4 结语

本文以高速公路湿陷性黄土路基作为研究对象，采取灰土挤密桩作为处理措施。针对实际施工状况，合理安排施工工序，严格把控施工质量管理，采用合理检测法对处理后地基进行检测。通过对灰土挤密桩处理后桩身填料压实系数、桩间土挤密系数、复合地基承载力和湿陷系数的检测，证明了灰土挤密桩对处理本工程的湿陷性黄土路基有优异的效果。

参考文献

[1]邵显显，张虎元，何东进，等.压实黄土非饱和增湿变形过程及其微观机制[J].长江科学院院报，2019，36（4）：82-87，92.

[2]苏忍，张恒睿，张稳军，等.兰州地铁大厚度湿陷性黄土地层的现场浸水试验研究[J].土木工程学报， 2020，53（S1）：186-193.

[3]王雪浪，朱彦鹏.灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基理论分析及试验[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2010，42（2）：288-293.

[4]杨校辉，黄雪峰，朱彦鹏，等.大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和湿陷性评价试验研究[J].岩石力学与工程学报，2014，33（5）：1063-1074.

[5]杨建中，顾福明，严赪强，等.沪通铁路软土路基沉降变形控制技术方法研究[M].成都：西南交通大学出版社，2018.

[6]范永平.关于湿陷性黄土路基施工工艺的研究[J].黑龙江交通科技，2022，45（10）：55-57.

[7]王浩宇.螺杆灌注桩竖向抗拔承载特性的试验研究[D].北京：中国建筑科学研究院有限公司，2023.

[8]李刚.灰土挤密桩在公路黄土地基治理中的应用[J].工程建设与设计，2022（4）：129-132.