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灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應(yīng)用
擠密樁法，是軟土地基加固處理的方法之一。通常在濕陷性黃土地區(qū)使用較廣，用沖擊或振動方法，把圓柱形鋼質(zhì)樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后進(jìn)行素土、灰土、石灰土、水泥土等物料的回填和夯實(shí)，從而達(dá)到形成增大直徑的樁體，并同原地基一起形成復(fù)合地基。
摘要：灰土擠密樁作為一種處理濕陷性黃土地基的重要方法，具有承載力高、技術(shù)可靠、設(shè)備簡單、成本低、施工效率高、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，在我國路基處理中得到了廣泛的應(yīng)用，從而有效消除了復(fù)合地基樁間土的濕陷性，提高了路基的強(qiáng)度，確保了整個(gè)公路的質(zhì)量。文章對灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應(yīng)用進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：灰土擠密樁;路基處理;路基強(qiáng)度;路基加固設(shè)計(jì);濕陷性黃土
灰土擠密樁是通過振動沉樁機(jī)將帶有通氣樁的鋼制管沉入到土中設(shè)計(jì)的深度，下沉樁管對周圍黃土產(chǎn)生較大的橫向擠壓力，樁管將地基中同體積的黃土擠向周圍的土層，這樣有效減少土間孔隙，增加土間的密度，使?jié)裣菪缘玫较�，提高樁間土的承載力。當(dāng)灰土樁的樁體材料石灰與土之間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)時(shí)，能使一定強(qiáng)度的樁體得以凝結(jié)，樁體與擠密土所組成的復(fù)合地基，使路基土的承載力得到了有效的提高，并且滿足了施工設(shè)計(jì)的要求。
一、濕陷性黃土的特征
1.1 濕陷性
當(dāng)黃土受到自然地表水的侵蝕時(shí)，黃土中的易溶鹽類溶解，會破壞顆粒間的膠合作用力，從而導(dǎo)致土粒懸浮于水中。當(dāng)再次沉積時(shí)，土粒碰到已沉積的土粒，因兩者之間的相互引力大于其重力，土粒會在最初的位置上停留，不再出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，從而形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這為水的進(jìn)一步侵蝕提供了條件，空隙間通過連通和擴(kuò)展，會導(dǎo)致大孔隙和陷穴的出現(xiàn)。經(jīng)過外荷載作用，會破壞土體結(jié)構(gòu)，這樣會造成大量、劇烈變形現(xiàn)象的發(fā)生，大大降低了土體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，從而產(chǎn)生濕陷性。
1.2 直立性
濕陷性黃土在天然含水量的狀態(tài)下具有強(qiáng)度高和壓縮性小的特征，可以將垂直邊支撐起，天然陡壁多呈近90°的邊坡，因此，濕陷性黃土具有直立性的特征。
1.3 膨縮性
當(dāng)濕陷性黃土遇到水時(shí)，會產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，而干燥后會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，通過多次反復(fù)作用，會導(dǎo)致裂紋的形成，然后剝落，這樣會對路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
1.4 崩解性
當(dāng)濕陷性黃土浸入水中時(shí)，會很快產(chǎn)生崩解現(xiàn)象，這對路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性會產(chǎn)生較大的影響。
1.5 難壓實(shí)
當(dāng)濕陷性黃土的最大干密度和最佳含水量較高時(shí)，就會難以滿足碾壓密實(shí)要求的條件。
1.6 受含水量影響較大
濕陷性黃土受含水量的影響較敏感。當(dāng)含水量較小時(shí)，易于產(chǎn)生揚(yáng)塵現(xiàn)象。當(dāng)含水量大于最佳含水量時(shí)，易于產(chǎn)生翻漿現(xiàn)象。適宜壓實(shí)的含水量為最佳含水量的-2%～+0.5%。
二、灰土擠密樁施工原理
第一，工后產(chǎn)生沉降的主要原因是黃土的強(qiáng)結(jié)構(gòu)性和孔隙，在實(shí)際施工中，灰土擠密樁因沖擊振動充分?jǐn)_動了樁周圍的土體，破壞了大孔隙黃土的原有結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)變得更加緊密，從而使抵抗?jié)裣莺驼裣莸哪芰Φ玫搅颂岣�，工后的沉降也得到了有效的減少。
第二，在成樁過程中，樁間土因受到很大的側(cè)向擠壓力，通過被擠密加固，使強(qiáng)制擠密區(qū)、擠密區(qū)和擠密影響區(qū)得以形成，從而使樁周圍土體的模量得到了提高，地基整體的壓縮變形得到了有效的減少。
第三，當(dāng)采用較重夯錘進(jìn)行施工時(shí)，孔內(nèi)加固原材料單位面積會受到高動能、強(qiáng)夯擊的作用，地基土?xí)艿胶芨叩念A(yù)壓應(yīng)力，從而提高了樁體的強(qiáng)度，模量也會增大，這樣
一來處理后的地基浸水及加載不會產(chǎn)生明顯的壓縮變形。
第四，樁體和樁間土得到有效的加固，復(fù)合黃土地基的整體剛度較均勻，可以確保行車的安全，提高行車的舒適度。
三、灰土擠密樁的作用
3.1 灰土擠密樁的有效性
(1)灰土擠密樁能夠降低基底下一定深度內(nèi)樁間土中的應(yīng)力，樁間土擠密后在其濕陷性沒有完全消除的情況下，當(dāng)土中應(yīng)力不超過其濕陷起始壓力時(shí)，地基浸水后不可能產(chǎn)生濕陷或者產(chǎn)生濕陷較少;(2)灰土擠密樁對樁間土具有側(cè)向約束的能力，當(dāng)樁間土局部受壓時(shí)，所產(chǎn)生的側(cè)向擠出變形會受到一定的約束，從而使壓力與沉降呈線性關(guān)系。
3.2 灰土擠密樁的簡便性
(1)灰土擠密樁在施工場地狹窄以及土方大量開挖困難的場地較為適用，從而對地基無安全施工具有一定的影響;(2)灰土擠密樁是以土治土，就地取材，所以其材料較廣泛;(3)灰土擠密樁施工機(jī)具較簡單，且其制作成本低，其應(yīng)用能夠得到大力推廣。
四、灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應(yīng)用要點(diǎn)
4.1 工程概況
鄭州至西安客運(yùn)專線，全長458.8km，主要經(jīng)過山前平原、沖擊平原、河流一、二級階地和丘陵低山區(qū)等不同的工程地質(zhì)地貌單元，沿線黃土分布廣泛，大部分黃土為濕陷性黃土，該工程施工最大的問題是濕陷性黃土路基的處理。DK27+758.88～DK28+300段濕陷性黃土路堤長541.12m，路堤高6.2m，而地層上部8m稍濕稍密，8m以下稍濕中密，層厚約為25m，濕陷性黃土厚度為12m，
自重濕陷量為1.5～27.5cm，濕陷量為19.4～71.7cm。
4.2 路基加固設(shè)計(jì)
(1)加固類型選擇。由于濕陷性黃土厚度達(dá)12m，因此路基可以采用樁長14m的擠密樁進(jìn)行加固，頂鉆孔直徑為0.25m，擠密孔直徑為0.5m，呈三角形布樁;(2)擠密樁間距的選擇。根據(jù)計(jì)算可知，擠密樁樁間距應(yīng)小于1.21m，所計(jì)算出的擠密樁間距為1.987m。
4.3 施工前的準(zhǔn)備工作
(1)試樁。在施工前，應(yīng)先進(jìn)行成孔、夯填工藝和擠密效果等試驗(yàn)，然后對分層填料的厚度和相應(yīng)的夯擊次數(shù)、一次成樁的長度和振動錘功率等進(jìn)行確定。只有確定試樁各參數(shù)后，才可以進(jìn)行規(guī)模施工。主要試驗(yàn)內(nèi)容：樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、符合地基荷載試驗(yàn)以及單樁承載力試驗(yàn)。如果一次試驗(yàn)不成功，要對設(shè)備進(jìn)行改裝或更換，并對施工方法進(jìn)行改變，設(shè)置兩次或多次試樁，直到全部試樁達(dá)到施工的要求;(2)灰土材料。對于灰土材料的選擇，石灰的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合施工的要求，并且要采用集中購進(jìn)和集中消解的方法，從而確保施工進(jìn)度。如果存放時(shí)間較長，必須對其進(jìn)行覆蓋，這樣一來可以起到防潮的作用，在使用前應(yīng)對鈣、鎂的含量進(jìn)行測定，不得使用不符合施工要求的材料。對于土源來說，取土場必須具備足夠含水量適中的老黃土，路基原地面翻松自然土的塑性指數(shù)應(yīng)在14左右，不得使用有機(jī)質(zhì)含量大于10%的有機(jī)土;(3)場地的平整。在施工前，施工人員要對施工場地進(jìn)行清理和平整，這樣一來便于大噸位樁機(jī)的移機(jī)，確保樁的垂直度，同時(shí)要采用防護(hù)措施確保施工的安全;(4)機(jī)械的安裝。在施工前，應(yīng)組織經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員對到達(dá)場地的設(shè)備進(jìn)行安裝，必須確保樁管的垂直，當(dāng)發(fā)現(xiàn)損件時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行維修和更換，從而確保施工順利地進(jìn)行;(5)定位的測量。在施工前，施工人員應(yīng)按照施工圖紙對軸線進(jìn)行定位，只有監(jiān)理驗(yàn)線合格后，才可以進(jìn)行樁位放樣，軸線測量的精度和樁位放樣必須符合施工的要求;(6)垂直度的校正。當(dāng)樁機(jī)就位后，應(yīng)對樁管的垂直度進(jìn)行校正，確保樁尖和樁中心在同一直線上，從而確保樁身施工的垂直度。
4.4 沉管成孔
(1)待樁機(jī)就位平穩(wěn)后，不得有移動、傾斜現(xiàn)象的發(fā)生，則樁管與樁孔相對應(yīng);(2)在施工開始時(shí)，應(yīng)輕擊慢沉。當(dāng)樁管方向穩(wěn)定后，按照正常的速度進(jìn)行沉管;(3)當(dāng)樁管沉到設(shè)計(jì)深度后，要及時(shí)將樁管拔出，不得在土中擱置太久。如果拔管較難，可以先使用水浸潤樁管周圍的土層，然后旋轉(zhuǎn)樁管拔出;(4)當(dāng)成孔后，要及時(shí)對樁孔質(zhì)量進(jìn)行檢查，對孔徑和深度進(jìn)行觀測，看偏差是否超過容許值，輕微縮頸可削擴(kuò)至能滿足填夯施工。
4.5 填夯施工
在填夯施工前，應(yīng)先進(jìn)行填夯試驗(yàn)，對填料數(shù)量和夯擊次數(shù)進(jìn)行確定，按照夯實(shí)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)對檢測方法進(jìn)行檢測，確保其達(dá)到施工的指標(biāo)。當(dāng)擠密成孔檢查合格后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回填夯實(shí)，應(yīng)先底夯，確保有效地進(jìn)行深度的處理，一般底夯要8次以上，直到聽到清脆錘聲為止。然后進(jìn)行填料夯實(shí)，根據(jù)試樁所取得的參數(shù)，確定每次分層填料的厚度、夯錘的高度、夯擊的錘數(shù)，直到每層聽到清脆錘聲，方可進(jìn)行上一層填料夯實(shí)。
4.6 灰土擠密樁施工質(zhì)量的檢測
(1)在施工前，應(yīng)對樁尖土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)灌入的試驗(yàn)，對各土層強(qiáng)度增長情況進(jìn)行比較，從而對土層的承載力進(jìn)行判定;(2)對于復(fù)合地基承載力的檢驗(yàn)數(shù)量不得低于總樁數(shù)的0.3%，不少于3點(diǎn)，而單樁承載力的檢驗(yàn)數(shù)量不得低于總樁數(shù)的2%;(3)在施工后，應(yīng)間隔一定的時(shí)間進(jìn)行質(zhì)量的檢驗(yàn)。當(dāng)空隙水壓力消散且間隔時(shí)間不少于28天后，方可進(jìn)行飽和黏性土地基的檢測，而粉土、砂土和雜填土地基不得少于7天;(4)對于樁體現(xiàn)場的檢測，其主要內(nèi)容有樁徑、樁距、樁長和樁體土，可以采用鋼卷尺對樁距、樁徑進(jìn)行現(xiàn)場測量，可以采用鉆孔取芯方法對樁長、樁體土進(jìn)行檢測，采用人工探井取原狀土樣法對樁間土進(jìn)行檢測。
五、結(jié)語
總之，灰土擠密樁通過擠密作用，不僅使?jié)裣菪渣S土達(dá)到了最大干密度指標(biāo)，還使黃土路基的濕陷性得到了有效的消除，提高了地基的承載能力和水穩(wěn)性，確保了整個(gè)工程的質(zhì)量。同時(shí)，灰土擠密樁施工無需開挖回填，能夠縮短施工工期，并且填孔材料能夠就地取材，施工成本較低。因此，灰土擠密樁在我國濕陷性黃土路基處理中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的成效。
參考文獻(xiàn)：
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