灰土挤密桩在公路路基湿陷性黄土地基处理中的应用.doc

灰土挤密桩在XX高速公路路基工程
湿陷性黄土地基处理中的应用

湿陷性黄土作为一种特殊土体，其特殊性从力学角度考虑突出表现在它的结构性、欠压密性和湿陷性三个方面。湿陷性黄土遇水时，土体强度显著降低，在饱和自重压力或附加压力和自重压力的共同作用下，往往具有突然下沉的性质，导致公路工程发生破坏。XX高速公路是我国国家高速公路网青兰高速的重要组成部分。XX高速公路穿越部分湿陷性黄土路段，地层主要以第四系冲积层为主,承载力低，为消除湿陷性,提高地基承载力,该路段地基处理则采用特殊方法处理，而普遍采用的则是灰土挤密桩加固地基处理。
一 灰土挤密桩的设计
1 设计原理
灰土挤密桩是利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层并随之拔出,在土中形成桩孔,然后在桩孔中分层填入石灰土夯实而成灰土桩。与夯实、碾压等竖向加密方法不同,灰土挤密桩是对土体进行横向加密。施工中当套管打入地层时,管周地基土受到了较大的水平方向挤压作用,使管周一定范围内的土体工程物理性质得到改善。成桩后石灰土与桩间土发生离子交换、凝硬反应等一系列物理化学反应，放出热量，体积膨胀，其密实度增加，压缩性降低，湿陷性全部或部分消除。
2 承载力
湿陷性黄土地基经过土桩挤密之后,其工程物理性质发生了明显变化,土桩与桩间挤密土由于工程物理性质相近,两者能较好
地共同作用,合理地分担荷载,共同组成了复合地基,即灰土桩挤密地基。
3 桩孔直径
桩孔直径主要取决于施工机械的能力和地基土层的原始密实度，桩径过小,桩数增多,增加了打桩和回填工作量；桩径过大,桩间土挤密效果差,均匀性也差,不能完全消除黄土地基的湿陷性,同时要求成孔机械的能量也太大,振动过程对周围建筑物的影响大，总之,选择桩径应对以上因素进行综合考虑。
4 桩孔深度
挤密桩深度主要取决于湿陷性黄土层的厚度，性质以及成孔机械的性能，最小不得小于3m,因为深度过小使用不经济，对于非自重湿陷性黄土地基,其处理厚度应为主要持力层的厚度，即基础下土的湿陷起始压力小于附加压力和上覆土层的饱和自重压力之和的全部黄土层,或附加压力等于自重压力25%的深度处。
5 处理宽度
灰土挤密桩地基的效果也与处理宽度有关,当处理宽度不足时,基础仍可能产生明显下沉，根据现场浸水试验,灰土挤密桩的处理宽度采用以下数值较为安全:在非自重湿陷土黄土地区,地基每边超出地基边缘的尺寸不小于0.3m,对于挤密桩则不得小于0.5m。
6 桩孔平面布置
桩孔布置的基本原则是尽量减少未得到挤密的土的空白面积。因此，桩孔应尽量按等边三角形排列,这样可使桩间得到均匀挤密，但有时为了适应基础几何形状的需要而减少桩数,也可是正方形。

7 桩距
灰土挤密桩地基的效果与桩距的大小关系极大，桩距大了桩间土的挤密效果不好,湿陷性消除不了,承载能力也提高不多；桩距太小桩数增加太多显得不经济,同时成孔时地面隆起,桩管打不下去,给施工造成困难,因此,必须合理地选择，选择桩距应以桩间挤密土能达到设计的密实度为准。要消除桩间土的湿陷性,桩间土的最小干容重不得小于15kN/m3。
8 XX高速公路灰土桩设计
XX高速公路黄土段黄土湿陷等级为II级，路基基底设置灰土桩时，桩径40CM，桩间距根据承载力及置换率要求采用1.0-1.5M，桥台台背桩间距采用1.3M，灰土桩处理后路基底面设置30CM厚的5%灰土垫层。具体布置如下图：

灰土桩桩体与土体积比2：8，压实度不小于0.97，桩间土平均压实度不小于0.93。

二 灰土挤密桩的施工
1、灰土桩施工框图
（1）施工顺序
构造物测量放线—测量控制复测—平整场地—桩孔放线定位一安装组装设备—材料准备—试桩—成孔—检验成孔—填夯灰土—试验检验—进行下道工序施工
施工操作
2、灰土桩施工程序
经现场确定，灰土桩施工程序为
（1）整平场地，组织好良好排水系统，根据桩孔平面图做好场地平整，对电源处及有防雨要求的机械设备,做好防雨设施,确保施工安全。
（2）测量放样，设定桩位。每个桩位以钢钎作点,灌注白灰作为标志,编制桩号,桩位按三角形布置。
（3）备料：施工前应将施工所用材料，土和生石灰准备妥当。土料宜为天然的黄土状亚粘土或轻亚粘土,有机杂质含量要小于5%，使用前剔除较大颗粒，粒径不得大于15mm。石灰应选用新鲜的消解石灰粉，直径不得大于5mm。生石灰块用水喷闷后(3 h-4 h)，消解成石灰粉，剔除较大颗粒后方能使用，不得含有未熟化的生石灰块。灰土须充分拌和至均匀，并控制最佳含水量。桩间土、夯填土和石灰应提前2d送试验室，求出最大干容重。拌合可采用现场拌制，达到料的颜色一致并使其含水量保持在最优含水率左右，现场实施可用"手捏成团,落地开花"的标准鉴定其含水率的标准，配成的灰土要做到不隔日使用。
（4）成孔：安装好桩机，复查桩位和桩架，调整和检查机械后开
始成孔。核实桩长、桩径、桩位偏差、垂直度等项目，进行量侧检查,如发现有缩孔或沉管速度与试桩有较大差异时，应及时拔管检查，有异常情况，及时通知监理和设计单位洽商后进行局部处理，成孔采用隔点跳行法施工.
（5）夯填成桩：夯填采用试桩确定的下料参数进行下料，填料前需进行孔底夯实，至清脆声后方可夯填，回填料以活瓣桩尖或锤型夯锤压实。灰土夯填至标高后，做好相应标志，夯填应紧跟桩机，以免随着时间延长产生缩孔、缩径、影响成桩质量。
（6）成桩后，抽样检验灰土桩处理地基的质量，检测处理深度内桩体和桩间土的干密度，并将其换算为平均压实系数λc和平均挤密系数ηc。
3、灰土桩施工控制要点
a.灰土桩施工采用锤击沉管法进行成孔，施工前应在现场进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验，以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求。
b.成孔施工时，地基土宜接近最佳含水量，当含水量，低于12%时，宜用水增湿至最佳含水量。
c.桩孔中心距偏差不应超过桩距设计值的5%，且不大于50mm。
d.桩孔垂直度偏差不应小于1.5%。
e对沉管法，起桩孔直径误差为±50mm和深度误差-100mm；对冲击法，桩孔直径的误差不得超过设计值的+100mm、-50mm，桩孔深度不应小于设计深度的300mm。
f.向孔内填料前，孔底必须夯实，夯击次数一般不少于8次，然后用灰土在最佳含水量状态下分层回填夯实，回填土料宜用粘性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有松软杂质，保证其颗粒粒
径不得大于15mm。灰土宜用新鲜的生石灰进行消解，其粒径不得大于5cm，含石量不得大于5%。
g.成孔和回填夯实的施工顺序，应先外排后里排，同排内应间隔1～２孔进行，以免因振动挤压造成相临孔缩孔或坍孔。灰土桩采用分段施工的方法进行。
ｈ.灰土桩检查项目：检查桩与桩间土的干密度、承载力和施工记录；还需进行载荷试验或其他原位测试，以及测定桩间土的压缩性和湿陷性。
灰土桩施工时应边下料，边施工，施工后桩间土压实度检测不应小于0.93,桩体不应小于0.97。抽样检验的数量不应少于桩孔数量的2%。不合格处应采取加桩或其它补救措施。
特殊问题及处理
桩基施工中如果出现橡皮土时，可采用以下几种方法处理
a、暂停一段时间施工，使橡皮土含水量逐步降低，必要时将上层土翻起进行晾槽。
b、挖去橡皮土，重新填好土或级配砂石等。
施工中出现缩颈的原因及处理方法。
a、原因：在饱和含水量的软土层中打桩时，土受强制扰动挤压产生孔隙水压，桩管拔出后，挤向一侧未回填孔，使未填孔身局部直径缩小。处理方法：控制拔管速度，采取“慢拔”方法。
b、原因：桩间距过小，邻近桩施工时挤压已成孔桩，使其缩颈，处理方法：采用跳打法加大桩的施工间距。
c、对缩孔严重者，处理方法采用复打法和人工修护缩孔处。
d、现场必须有专人做自检记录（成孔及夯实记录、含水量实验记录）。
4 灰土挤密桩的质量检测
灰土挤密桩的质量检测工作主要分为现场桩体检测、三桩复合地基静载试验、室内灰土试样抗压强度试验、桩体压实系数试验及桩间湿陷性、压缩性试验，检测桩体数量为灰土桩总数的2%,桩间土检测频率为1%。
桩体现场检测内容主要包括桩径、桩距、桩长、桩体土，其中桩距、桩径采用钢卷尺现场量测,桩长、桩体土芯样通过钻孔取芯方法检测、桩间土采用人工探井取原状土样检测。（见灰土桩质量检验标准表）
室内试验
室内试验主要分干密度试验和抗压强度试验，干密度试验目的是检测灰土的压实系数;抗压强度试验主要检测桩基土样的抗压强度。
灰土桩质量检验标准表
项目
序号
检查项目
允许偏差值
检查方法
单位
数量
主控项目
1
桩体及桩间土压实度
设计要求
现场取样试验
2
桩长
mm
500
测桩管长度或垂球测孔深
3
桩径
mm
-20
钢尺测量
4
桩位偏差

≤0.40d
钢尺测量,d为桩径
一般项目
1
土料有机质含量
%
≤5
试验室焙烧法
2
石灰粒径
mm
≤5
筛分法
3
垂直度
%
≤1.5
全站测桩管

4、灰土桩机械选择
灰土桩施工因在工程前期进行，所以灰土桩施工的工程进度，将直接影响整体工程的施工进度，这点笔者在实际施工中深有体会，所以选择快速、方便、经济、高效的灰土桩机械在实际施工中尤为重要。早期的灰土桩施工大多采用横向移动轨道式成孔桩机，这种机械在实际施工有行走缓慢、震动效果强烈、音噪大等缺点，但因其夯实效果好，多用于建筑行业；在XX高速公路路基施工中，湿陷性黄土路段较长，地形复杂，冲沟较多，轨道式灰土桩机械已不适用于大面积路基基底处理。我单位果断选用自行走履带式灰土桩机，这种机械移动灵活，成孔质量好，音噪低，适用野外施工，可下到冲沟底部进行施工作业， 保证了我XX高速公路09标段项目部在45天内完成了27万米的灰土桩施工任务，同时施工质量也得到了业主与监理的一致好评。
三 结束语
灰土挤密桩在XX高速公路的应用中,成功地达到了消除黄土湿陷性，提高地基承载力的目的，由于该方法是原位处理湿陷性黄土,无须挖出地基土,环保作用明显，而且处理地基较深(最深可达15m),回填材料价格低廉,施工机械简单,施工工艺简便,是经济与技术效果都较好的一种地基处理方法。