湿陷性黄土场地地基处理及回填土场地地基处理.doc

摘 要
本次设计是对两个不同地质段的地基进行处理，即湿陷性黄土场地地基处理与回填土场地地基处理。分别介绍了湿陷性黄土工程地质判别原则与物理力学性质，以及回填土的有关性质。同时，结合不同的工程场地，对可能采用的地基处理方案，简单阐述了其加固机理，并对各个方案的优点与缺陷作了进一步的说明。按照“技术可行，经济合理”的原则，考虑到对环境的影响，通过计算每一个方案的处理费用，比较施工工期长短，综合分析后，选择出最经济、最合理的处理方案。最后，对两个不同工程性质的场地，按照选用的方案，详细介绍了方案的加固机理，同时对施工过程中的填料与压实系数做了要求，以保证施工质量。在此基础上，对选用方案作了桩长、桩径、承载力等方面的详细设计。
关键词:湿陷性黄土 回填土 桩 承载力
Abstract
This design is adjust two distinct geology length the ground handles,in immediate future slumping loess space ground handle and the backfilling space ground is handle.Introducing slumping loess project geology separately distinguishs rule and physics mechanics nature, along with backfill the relevant nature of earth. At the same time ，unite the difference project space ，ground handle scheme which to probably adoptd,such is consolidated mechanism to easy elaborateing.Moreover directions that strong point and fault to every scheme act as further.In accordance “technique is feasible ，it is economically rightful”rule,consider the handle expense to pass each scheme of calculation to the environment,the comparing building construction period strong and weak points.Queen is analysed in the synthesis,the selection is come out economically,the most rightful handle scheme.Finally,to two distinct project nature spaces,the scheme which adoptd in accordance the selection,detailedly introducing the scheme consolidates mechanism.The packing that adjust moreover in the building process is with is getting near the real factor to act the demand,in order to gurrantee the building quality.Thereby be living on this base,to chooses the scheme actes as the pile is elder,pile path,pear the weight respects such as force and so on the details design.
Keyword：Slumping loess， Backfilling, Pile, Supporting capacity

目 录
1 前言……………………………………………………………………………1
2 湿陷性黄土场地地基处理 ………………………………………………2
2.1 工程概况…………………………………………………………………2
2.2 黄土的基本性质…………………………………………………………2
2.3 湿陷性黄土的物理力学性质……………………………………………3
2.4 地基处理方案比选………………………………………………………9
2.5 灰土挤密桩设计…………………………………………………………12
3 回填土场地地基处理………………………………………………………18
3.1 工程概况…………………………………………………………………18
3.2 回填土物理力学性质……………………………………………………18
3.3 地基处理方案比选………………………………………………………19
3.4 钢渣桩设计………………………………………………………………20
4 设计总结 ……………………………………………………………………26
5 参考文献 ……………………………………………………………………27

1 前 言
随着国民经济的迅猛发展，基建规模在不断扩大。由于我国地域辽阔、幅员广大、自然地理环境不同、土质各异、地基条件区域性很强，建设可用地日益紧张，原来许多不适合建筑要求的场地也越来越多的被征用为建筑用地，因此就需要对天然的软弱地基进行处理。
地基处理的主要目的是指提高软弱地基的强度、保证地基的稳定；降低软弱地基的压缩性、减少地基的沉降与不均匀沉降；或为消除地基土的振动液化趋势及消除湿陷性土的湿陷性、膨胀性土的膨胀性等区域性土的不良土性。
目前国内外地基处理方法众多。然而每一种地基加固技术都不是万能的，都有它的适应范围与局限性，因而选用某一种地基处理方法时，一定要根据地基土质条件、工程要求、工期、造价、料源、施工机械设备条件等因素综合分析后确定。盲目的套用，不仅难以取得预期的加固效果，造成大量浪费；甚至可能导致工程失败，给后续施工带来极大的困难。良好的地基处理方案不仅要求技术上可行，更要求经济上合理。因此地基改良时，应根据不同的水文地质状况，灵活选择合理的加固手段对不良地基进行加固处理，以满足上部结构对地基的强度、变形与稳定性要求。
本次设计是对两个不同地质段的地基进行处理，即湿陷性黄土场地地基处理与回填土场地地基处理。分别介绍了湿陷性黄土工程地质判别原则与物理力学性质，以及回填土的有关性质。同时，结合不同的工程场地，对可能采用的地基处理方案，简单阐述了其加固机理，并对各个方案的优点与缺陷作了进一步的说明。按照“技术可行，经济合理”的原则，考虑到对环境的影响，通过计算每一个方案的处理费用，比较施工工期长短，综合分析后，选择出最经济、最合理的处理方案。最后，对两个不同工程性质的场地，按照选用的方案，详细介绍了方案的加固机理，同时对施工过程中的填料与压实系数做了要求 ，以保证施工质量。在此基础上，对选用方案作了桩长、桩径、承载力等方面的详细设计。

2 湿陷性黄土场地地基处理
2.1 工程概况
根据现场勘探资料，该工程场地4.7米深范围内同时存在湿陷性黄土与非湿陷性黄土，其中2.5～2.7米深度范围内存在非湿陷性黄土，地下水位地表下5.8米，并且，该工程场地为II级非自重湿陷性黄土场地。
下表为探井取样得出的黄土主要物理力学性质指标：
深度（m）
干重度（KN/m3）
孔隙比
e
压缩系数α（MPa-1）
压缩模量（MPa）
摩檫角φ
粘聚力
湿陷系数
0.6
12.87
1.098
0.48
4.37
12
24
0.113
2.1
14.05
0.922
0.16
12.01
14
27
0.025
3.6
14.08
0.918
0.22
8.72
14
28.5
0.037
5.1
14.67
0.841
0.09
20.46
22
32
0.006
6.6
14.68
0.839
0.12
15.33
22
26
0.005
8.1
14.78
0.827
0.13
14.05
21
30
0.005
9.6
15.82
0.707
0.08
21.34
10
40
0.002
2.2黄土的基本性质
黄土是一种第四纪沉积物，具有一系列内部物质成分与外部形状的特征，不
同于同期的其他沉积物，在地理分布上也有一定的规律性。
在我国黄土分布面积相当广泛，黄土与黄土状土的分布面积约为64万平方公里，是国土面积的6.3%。在黄河中游地区，西起贺兰山，东到太行山，北起长城，南到秦岭，几乎全部都被黄土覆盖，总面积约为27万平方公里。但是，由于各地的地理、地址与气候条件不同，使黄土在沉积厚度、地层特征与物理力学性质上都表现出明显的差异。
2.2.1 黄土的地层划分
我国黄土形成经历了整个地质年代的第四纪时期。按形成的年代可分为老黄土与新黄土。老黄土有午城黄土与离石黄土。新黄土有马兰黄土与新近堆积黄土。马兰黄土与新近堆积黄土均具有浸水湿陷性，故有称为湿陷性黄土。
午城黄土、离石黄土与马兰黄土属于原生黄土，基本由风积而成，全新世的次生黄土是马兰黄土经由风与水的多次搬运沉积而成。水力搬运一般距离较短，所以次生黄土的颜色与颗粒组成以及矿物成分都酷似马兰黄土，但其结构更为疏松，大孔隙更为发育，湿陷性更为强烈。
全新世黄土状土为新近堆积，多分布在梁、塬、峁表层及河谷阶地上，坡脚以及阶地上及地层的顶部，受各种自然营力的影响，其物理力学性质的差异较大。质地较疏松，成岩性差，具有湿陷性，甚至强烈的湿陷性。
晚更新世马兰黄土构成黄土层的上部，为典型黄土。其质地疏松，无层理，大孔隙结构发育，有垂直节理裂隙，有较强的湿陷性与自重湿陷性。如处理不善常会发生较大的湿陷事故，威胁建筑物的安全。
中更新世离石黄土为马兰黄土下面的埋藏黄土层，其间夹有多层古土壤与钙质结核厚度较大，构成黄土塬的主体。质地较密实，一般无湿陷性，但在高压下仍具有一定的湿陷性。
早更新世午城黄土为老黄土的下部，颜色呈淡红色，含有棕红色的埋藏古土壤层。其质地密实，强度大、压缩性小、厚度较薄，几乎不透水，无湿陷性。
2.3 湿陷性黄土的物理力学性质
湿陷性黄土是黄土的一种，凡天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之降低的，称为湿陷性黄土。自重湿陷性黄土在上覆土层的自重压力下受水浸湿后，即发生湿陷；在自重应力下受水浸湿后不发生湿陷，需要在自重应力与由外荷引起的附加应力共同作用下，受水浸湿才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。湿陷性黄土地基的湿陷特性，会对结构物带来不同程度的危害，使结构物大幅度的沉降、倾斜甚至严重影响其安全与使用。因此，在黄土地区修筑结构物，应该对湿陷性黄土地基有可靠的判定方法与全面的认识，并采取正确的工程措施，防止或消除它的湿陷性。
2.3.1物理性质
2.3.1.1 颗粒组成
湿陷性黄土的颗粒以粉粒（0.05～0.005mm）为主，其含量可达50～75%，其次为砂粒（>0.05mm），约占10～30%与粘粒（<0.005mm）约占8～26%。由西北到东南方向砂粒减少而粘粒增多。
2.3.1.2 比重、重度、孔隙比
（1）比重Gs
湿陷性黄土的比重约在2.55～2.85之间。随粘粒含量增多，在我国由西北向东南湿陷性黄土的比重有增大的趋势。
（2）重度γ
湿陷性黄土的天然重度一般在13.5 ～19.0KN/。干重度一般在11 ～16KN/之间。干重度超过15KN/以上时湿陷性一般很薄弱。
（3）孔隙比e
孔隙比是衡量湿陷性黄土密实程度的主要指标，一般在0.8 ～1.24之间，大多数在0.9～1.1之间。
2.3.1.3 含水量
（1）含水量w
湿陷性黄土的天然含水量在5～ 23%之间，含水量的大小与地区年降雨量与地下水位以及农田灌溉，渠道渗漏等环境影响有关。在塬、梁、峁上的黄土，含水量一般在8 ～12%之间，而河流阶地及谷地上则可达18 ～21%之间。一般来说，当含水量在23%以上，湿陷性基本消失，相应的压缩性增高。含水量与湿陷性密切相关，故它常随季节变化。对于近地表的湿陷性黄土，雨季的含水量与干旱季节的含水量差值可达2 ～5%。
（2）饱与度
湿陷性黄土的饱与度约在17～77%之间，而大多数为40～50%，当饱与度超过80%时，称为饱与黄土，湿陷性基本消失，成为压缩性很大的软土。
2.3.1.4 可塑性
湿陷性黄土的液限，一般在22～35%之间，塑性在14 ～20之间，液性指数通常接近零甚至小于零，而对河谷或低阶地的湿陷性黄土多为0.3～0.6。
2.3.2 力学性质
2.3.2.1 压缩性
由于湿陷性黄土中具有一定的可溶盐类，同时也由于可观的负孔隙压力的存在，所以在天然状态下它的压缩性较低，但是一旦遇到水的作用，上述条件消失，就使的它的压缩性增高。
我国湿陷性黄土的压缩系数一般在0.1 ～1.0之间，除受含水量的影响外，与土的地质年代也有一定的关系。一般在Q2晚期形成的湿陷性黄土多属于低压缩性或中等偏低压缩性，而Q3晚期与Q4形成的多是中等偏高或是高压缩性。而新近堆积的黄土则多属于高压缩性。
2.3.2.2 抗剪强度
湿陷性黄土的粘聚力由二部分组成，一部分是原始粘聚力，它是由土粒间的电分子引力所产生，主要取决于土的粒度成分、矿物成分、扩散层间的离子成分与土的密实程度。当粘土矿物多，粘粒含量多、土越密实则原始粘聚力就越大。另一部分是由于湿陷性黄土具有较多的可溶性盐与一定的负孔压力存在，从而形成较高的结构强度，使土的粘聚力增大。土的形成年代越久，粘聚力就越大。但如果土体受水浸湿而产生胶溶作用，则土的结构力就逐渐减弱，减少到一定程度土就产生湿陷。
内摩擦角主要与土颗粒的成分与矿物成分有关。颗粒越粗，则土的内摩擦角越大，反之，则越小。天然状态下，湿陷性黄土的粘聚力一般在10 ～60KPa，内摩擦角则在17°～30°之间。
2.3.2.3 渗透性
湿陷性黄土的结构较为复杂，且含有较多不同成分的易溶盐，并有垂直节理等特征，所以起渗透性不同方向上是不一样的，尤其在垂直与水平方向上相差较大，一般垂直渗透系数为0.16～0、3310-5cm/s，而水平渗透系数则为0.1～ 0.8310-6cm/s。
如其他粘性土一样，湿陷性黄土的渗透系数并不是一个常数，它随渗透溶液的性质、水头梯度与渗透时间的变化而变化。一般来说，水头梯度越大，渗透系数越大。
2.3.3 湿陷性评价
在湿陷性黄土地区进行工程建设，正确地评价地基的湿陷性，具有重大的实际意义。黄土地基湿陷性评价一般包括三个方面的内容：
（1）判定地基土层是湿陷的还是非湿陷的，据此确定湿陷性黄土层的总厚度及其在平面上的分布范围；
（2）如果是湿陷性黄土，还要判定场地是自重湿陷性的还是非自重湿陷性的；
（3）判定湿陷性黄土地基的湿陷等级。
2.3.3.1 湿陷性的判定
黄土湿陷性判定，现在国内外都采用湿陷系数值来判定。在我国根据Ú湿陷性黄土地区建筑规范ä（GBJ25—90）的规定，黄土的湿陷性是在现场取原状土样，然后在室内通过浸水压缩试验测定，把保持天然含水量与结构的黄土土样，逐步加压，达到规定试验压力，土样压缩稳定后，进行浸水，使含水量接近饱与，土样迅速又下沉，再次达到稳定，得到浸水后土样高度（如图），

由下式可以求得黄土的湿陷系数：
=( hp-)/h0 （1）
式中： h0——土样的原始高度（m）；
hp——土样在无侧向膨胀条件下，在规定试验压力P作用下，压缩稳定后的试验高度（m）；
——对在压力P作用下的土样进行浸水，达到湿陷稳定后的土样高度（m）。
湿陷系数为单位厚度的土层，由于浸水在规定试验压力作用下产生的湿陷量，它表示了土样所代表黄土层的湿陷程度。我国Ú湿陷性黄土地区建筑规范ä（GBJ25—90）按照国内外各地的经验采用了= 0.015作为湿陷性黄土的界限值：
当＜0.015时，为非湿陷性黄土；
当＞0.015时，为湿陷性黄土。
测定湿陷性系数时的一定压力，自基础底面（初勘时自地面下1.5m）算起，10m以内的土层用200KPa，10m以下至非湿陷性土层顶面，用其上覆土的饱与自重压力（当大于300KPa时，仍用300KPa）。另外当基底压力大于300KPa时，则易以实际压力测定湿陷系数值。
按室内压缩试验确定计算自重湿陷量时，应测定不同深度的土样在饱与土自重压力作用下的自重湿陷系数，自重湿陷系数值可按下式计算：
=（hz -）/ h0
式中: hz———保持天然的湿度与结构的土样，加压至土的饱与自重压力时，
下沉稳定后的高度；
———上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度；
h0———土样的原始高度。
当<0.015时，一般定为非自重湿陷性黄土；
当>0.015时，一般定为自重湿陷性黄土。
测定自重湿陷系数时所用的压力，采用自天然地面算起（当挖、填方厚度与面积较大时，自设计地面算起）至该土样顶面为止的上覆土的饱与（=0.85）自重压力（当大于300KPa时，仍用300KPa）。
湿陷系数的大小反映了黄土对水的敏感程度，越大表示土受水浸湿后的湿陷量越大，对建筑物的危害性就越大；反之，越小，则表示表示土样受水浸湿后的湿陷量就越小。
根据的大小可以大致地判断土样湿陷性的强弱。一般认为：
当£0.03时，为弱湿陷性黄土；
当0.03¢£0.07时，为中等湿陷性黄土；
当>0.07时，为强湿陷性黄土。
2.3.3.2 湿陷类型的划分
湿陷系数只是表示它所在某一黄土层在某一压力的作用下的湿陷性的大小，而不表示整个地基湿陷性的强弱。对整个地基土层的湿陷性，主要考虑在湿陷影响深度范围内各黄土层的湿陷系数及其相应的厚度。对于湿陷性黄土地基的湿陷性评价，我国目前主要用湿陷类型与湿陷等级来表示。
湿陷性黄土有自重湿陷性黄土与非自重湿陷性黄土两种类型。而自重湿陷性黄土地基的湿陷事故多，对建筑物的危害也大，因此，准确划分建筑场地的湿陷类型是很重要的。但严格来说，这两种类型仅是对特定的建筑场地而言的，因为当场地条件变化时，这两种类型有相互转化的可能。
建筑场地的湿陷类型，应按实测自重湿陷量或计算自重湿陷量来判定。实测自重湿陷量则通过室内试验测定不同深度土样的自重湿陷系数乘以土层厚度来确定。
（1）按计算的自重湿陷量划分
根据对每一个勘探点原状土样进行室内试验测出的自重湿陷系数，按下式计
算场地的自重湿陷量，即:
=∑
式中 ———第i层土样的自重湿陷系数；
———第i层土样所在地层的厚度；
———因土质地区而异的修正系数。
计算自重湿陷量时，自天然地面算起（当挖、填方厚度与面积较大时，自设计地面算起），至其下全部湿陷性黄土层的底面为止，其中<0.015的土层不加入累计。
当≤7cm时，一般定为非自重湿陷性黄土场地；
当>7cm时，一般定为自重湿陷性黄土场地。
（2）按实测的自重湿陷量划分
在工程现场挖深0.5米、长或直径不小于10米的试坑，进行浸水，直接测
定该场地的实际自重湿陷量。
当≤7cm时，为非自重湿陷性黄土场地；
当〉7 cm时，为自重湿陷性黄土场地。
实践证明，用实测的自重湿陷量划分场地的湿陷类型，比用计算的划分要更可靠。
2.3.3.3 湿陷等级的划分
湿陷性黄土地基的湿陷强烈程度，以分级湿陷量ΔS来划分。分级湿陷量的大小与基础底面以下各黄土层的湿陷系数的大小以及累计湿陷量的计算深度有关。
湿陷性黄土地基受水浸湿饱与到下沉稳定为止的总湿陷量，根据土的湿陷系数与土层厚度按下式计算：
=β∑
式中 ———第i层土湿陷系数；
———第i层土样所在地层的厚度；
β———考虑地基土的侧向挤出与浸水机率等因素的修正系数。基底下5米（或压缩层）深度内可取1.5；5米以下：在非自重湿陷性黄土场地，可取β=0；在自重湿陷性黄土场地，可按计算自重湿陷量时系数β0的值取用。
湿陷性黄土地基的湿陷等级越高，地基浸水后的可能湿陷量越大，对建筑物
的危害性也越大，因此设计措施的要求也就越高。应当指出：分级湿陷量是假定
地基在规定的压力作用下，充分浸水后的湿陷变形，它只是近似的反映了地基土
的是湿陷程度，并不是建筑物地基的实际湿陷量。而建筑物的实际湿陷量应按建
筑地基的实际应力状态计算其湿陷量。还应指出：按目前现行规范划分时，对一
些分级湿陷量较大而计算自重湿陷量较小的轻微自重湿陷性黄土地基，有可能把
它们划为I或II级自重湿陷性黄土地基，不够合理。
湿陷性黄土地基的湿陷等级，按照我国Ú湿陷性黄土地区建筑规范ä（GBJ25—90），根据地基总湿陷量ΔS与计算自重湿陷量ΔZS综合，按下表判定。
湿陷性黄土地基的湿陷等级
湿陷类型
非自重湿陷性场地
自重湿陷性场地
计算湿陷量
总湿陷量
≤7cm
7cm<≤35cm
>35cm
5cm<≤30cm
I(轻微)
II（中等）
/
30cm<≤60cm
II（中等）
II或III
III（严重）
>60cm
/
III（严重）
IV（很严重）
注：当ΔS小于5厘米时，可按非湿陷性黄土地基进行设计与施工；
I级为轻微；II级为严重；III级为严重；IV级为很严重；
当总湿陷量30cm<≤50cm，计算自重湿陷量7cm<≤30cm时，可判断为II级；
当总湿陷量>50cm，计算自重湿陷量>30cm时，可判断为III级。
2.4 地基处理方案比选
5米高的填方路基，基底最大压应力大约为80KPa，而该场地地层主要为湿陷性黄土与非湿陷性黄土，且总湿陷量为42.1cm，自重湿陷量达10.2cm，这对路基的危害很大，不满足Ú湿陷性黄土地区建筑规范ä（GBJ25—90）中对建筑物湿陷沉降量的要求。因此，必须进行采取相应的措施，实施地基处理，以保证路基的安全使用，从而延长道路的使用寿命，改善行车条件与道路状况，减少交通事故的发生。结合该场地的工程地质状况，可能采用的地基处理方案有：灰土垫层换填、挤密法、强夯法等。
根据该场地的工程地质条件，5米深范围内的黄土主要为强湿陷性黄土与弱湿陷性黄土，同时，该范围内的大部分为中等压缩性土。土的这些工程性质，对路基来说，都是不利因素。其中，紧挨路基的0.6米深度范围内的土为强湿陷性黄土，遇到水就发生湿陷，强度很小，对路基影响最大。其余范围内的黄土具有一定的湿陷性，为弱湿陷性黄土。在遇到水的情况下，也会发生湿陷性，对路基仍会产生影响。5米以下范围，土的湿陷性已经不存在，即使遇到水，虽然也会发生变形，但这一变形主要由于土颗粒存在空隙，在外荷载作用下，颗粒被挤密压实，土颗粒间的间距变小造成的，变形量很小，不会发生湿陷变形。根据以上分析，把基底下5米深范围作为处理地基段。
（1）灰土垫层换填法：该方法在我国的应用已经有上千年的历史，全国各地都有适合当地情况的丰富经验。在湿陷性黄土地区使用广泛，是一种以土治土处理湿陷性黄土的传统方法，可用以消除1~3米厚黄土层的湿陷作用。可有效地处理某些荷载不大的建筑物的地基问题，常作为浅层地基处理的方法。
其原理是把基础底面下处理范围内的土层全部挖去，然后换填灰土（石灰与
土的体积比为2：8或3：7），分层夯实至要求的干密度作为持力层，达到增强承载力、减少地基沉降的地基处理目的。
在处理湿陷性黄土场地时，灰土垫层的作用一般有以下几个方面：
①提高地基承载力
地基中的剪切破坏是从基础底面开始的，随着基底压力的增大，逐渐向纵深方向发展。因此，采用密实灰土代替可能产生的剪切破坏的软弱土，就可避免地基的破坏。
②减少次降量
一般基础下浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比例尺是比较大的。以条形基础为例，在相当于基础宽度的深度范围内，沉降量约占总沉降的50%左右。同时，由于侧向变形而引起的沉降，理论上也是浅层部分所占的比例较大，若以密实的灰土代替软弱土层，就可减少这部分沉降量。另外，由于垫层对基底的扩散作用，使作用在软弱下卧层上的压力将减少，这样会相应的减少下卧层的沉降量。
③消除湿陷作用
灰土垫层法的缺点主要表现在以下几个方面：
灰土垫层施工过程中，要进行大面积的开挖回填，挖方量与填方量比较大，因此需要车辆运输；
动用的劳动力多，工期长，处理费用高；
弃土多，占用耕地农田，对环境有一定的影响。
（2）强夯法亦名动力固结法，是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法。开始使用时，仅用于加固砂土与砂石地基，经过多年的发展与应用，强夯法已适用于杂填土、碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土及人工填土等地基的施工。当前，应用强夯法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、公路与铁路路基、飞机场跑道及码头等。
强夯法是一种将几十吨的重锤，从几十米的高处自由落下，迫使深层土液化与固结，使土体密实，用以提高地基承载力与减小沉降，消除土的湿陷性、膨胀性与液化性的一种地基处理方法。强夯法的处理深度大，施工速度快，施工质量容易保证，经其处理后，土性较均匀，适用于处理大面积场地。但是，它也有自身的缺陷：
① 施工时对周围有很大的震动与噪音，不宜在闹市中施工；
② 需要有一套重锤、起重机等强夯工具；
③ 强夯过程中震动大，在施工过程中容易使周围建筑物产生受震变形及对较近的边坡或陡坎的稳定性造成破坏；
④ 强夯过程中，容易引起尘土飞扬，对周围环境不好。
（3）灰土挤密桩法：国外在20世纪30年代就开始采用该方法处理湿陷性黄土地基。我国50年代中期在西北黄土地区开始试验，70年代初在黄土地区得到广泛的应用。
灰土桩挤密法是处理地下水位以上湿陷性黄土、新近堆积黄土、素填土与杂填土的一种地基加固方法。它是利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆炸）在地基中成孔，通过挤压作用，使地基土得到加密，然后在孔中分层填入灰土后夯实而成灰土桩。在成孔过程中，原处于桩孔部位的土体全部被挤入桩周土层中，使桩周一定范围内的地基土得到挤密，承载力得到提高，湿陷性得以消除。挤密后的桩间土与桩体共同构成复合地基，承受上部荷载的作用。
挤密法进行地基处理，有以下主要特征：
① 挤密法是横向挤密，但是，同样可以达到要求加密处理后的最大干
密度指标；
② 与换填法相比较，无须开挖回填，节约了开挖与回填土方的工作量，节约了劳动人数，能将工期缩短约一半；
③ 由于不受开挖与回填限制，处理深度一般可达5～15米；
④ 由于填入桩孔材料均属就地取材，因而它比换填法处理造价低，可以节约资金，尤其利用粉煤灰可变废为宝。
现在将各方案经济性进行比较：
取该路堤长L=100米，宽B=20米，桩长H=5米，则处理范围内土体体积为：
H（L+H）（B+H）=13125m3，根据《黄土力学与工程》（刘祖典编—陕西科学技术出版社），地基处理单价按以下计：灰土垫层换填25元/m3，强夯法19元/m3，灰土挤密桩法13元/m3。
各方案的处理费用如下：
（1）灰土垫层换填： Ú建筑地基基础设计规范ä（GBJ7—89）中规定，换填法最经济的处理应控制在3米以内并不小于0.5米。另外，采用该方案需要进行大面积的开挖回填，施工土方量大，从而增加了工程量，增加了劳动人数，延长了工期，经济消耗大，不经济。处理费用为： 25×13125=328125元
（2）强夯法：为了使地基土获得很大的冲击能，强夯法需要将重锤提升到几十米的高度，因此，强夯法就要购置相应的起重设备与重锤。强夯法的费用就由设备购置费与处理费两部分组成。
处理费： 19×13125=249375元
设备购置费: 20万
总费用: 处理费+设备购置费=449375元
（3）灰土挤密法: 13×13125=170625元
根据以上经济分析比较,灰土挤密桩法费用最低,最经济.
将各方案的施工工期进行比较:
（1）灰土垫层换填法：劳动人数按100人计，每人每天挖方或填方量按5 m3计，挖、填方共需（9984×2）/（5×100）=40天，换填法需要对各层分别碾压，碾压按十天计，则该方法施工工期约为50天。
（2）强夯法：强夯过程中，同一编号的夯击点一般要采用2~3遍。对于湿陷性黄土而言，夯击遍数一般取3遍。在夯击过程中，对于要进行多遍夯击的工程，两遍夯击间应该要有一定的时间间隔，各遍间的时间间隔取决于加固土层中孔隙水压力消散的时间。黄土颗粒比较小，以粉粒为主，因此孔隙水压力消散比较缓慢，一般需要3周时间。故强夯法施工工期大约为40天。
（3）灰土挤密桩法：灰土挤密桩法因为无需开挖与回填，因而节约了开挖与回填土方的工作量，同时也节约了大量的劳动力。比换填法缩短施工工期约一半。对本工程而言，采用灰土挤密桩法大约需要施工约30天。
经过对施工工期长短的比较，采用灰土挤密桩法工期最短。
综上所述，无论是从经济性还是从施工长短上来比较，灰土挤密桩法都是最经济的方案。它无需进行大面积的开挖与回填，也不会发出很大的噪音，对环境造成影响。因此，决定采用灰土挤密桩法处理该地基。
2.5 灰土挤密桩设计
2.5.1 挤密作用
灰土桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制挤向桩孔周围的土中，使桩周土的孔隙减小，土中气体溢出，土体密实度增大，压缩性降低，承载力提高。桩周土体被挤密程度由孔壁依次向外逐渐降低，孔壁附近土的干重度可接近甚至超过土体的最大干重度，也即压实系数可达到甚至超过1。其挤密影响半径通常为1.5～2.0d(d为桩径直径)。
土的天然含水量与干密度对挤密效果影响较大。当含水量接近最优含水量时，土呈塑性状态，挤密效果最佳；当含水量偏低，土呈坚硬状态时，有效挤密区变小；当含水量过高时，由于挤压引起超孔隙水压力，土体难被挤密。土的天然干密度越大，则有效挤密范围越大；反之，则有效挤密范围较小，挤密效果较差。
2.5.2 灰土桩性质作用
灰土桩是用石灰与土按一定体积比例（2：8或3：7）拌与，并在桩孔内夯实加密后形成的桩，这种材料在化学性能上具有气硬性与水硬性。由于土颗粒与周围介质间的化学与物理变化，土颗粒表面大多带有负电，将介质中的水分子及游离的阳离子吸附于表面。掺入石灰后，石灰中的钙离子与土粒周围吸附的阳离子发生交换并吸附在粘粒周围，改变了土粒表面的带电状态，土颗粒凝聚成团，改善了土的力学性质。同时，当散布在土颗粒表面或附近的氧化钙微粒与水接触时，氧化钙微粒表面被溶解，与水中的胶态氧化硅反应，生成具有半透膜作用的硅酸钙水合物包膜及其它复杂的水合物，包膜可优先让水渗入，氧化钙继续溶解。随着膜内渗透压力的不断增加，包膜胀裂，盐溶液流到含有胶态氧化硅的水溶液内，生成新的硅酸钙胶凝物，形成放射状的管状纤维。硅酸钙水合胶凝管的不断生成，使周围土颗粒缠绕在一起，产生胶结强度，使拌与的灰土强度大大提高，这是灰土桩强度提高的主要原因。此外，拌入的石灰还会与空气中的二氧化碳反应，形成固体的碳酸钙结晶，使土颗粒间产生胶结，从而改善土的力学性能。生石灰与土中水发生反应，所产生的热量也会使土中水产生一定的蒸发，土的含水量降低，从而促进土体的固化。由于拌与灰土的一系列复杂的物理化学变化，灰土桩桩身的变形模量随着龄期的增长而不断提高，土体固化作用也随之提高，使土体强度逐渐增加。在力学性能上，它可达到挤密地基的效果，提高地基承载力，消除湿陷性，沉降均匀与沉降量减小。
2.5.3 桩体作用
在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量（灰土的变形模量为E0=40～200KPa相当于夯实素土的2～10倍），荷载向桩上产生应力集中，从而降低了基底底面以下一定深度内的土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形与湿陷变形的不利因素。此外，由于灰土桩能对桩间土起侧向约束作用，限制土的侧向移动，桩间土只产生侧向挤密使压力与沉降始终成线形关系。
2.5.4 填料与压实系数
桩孔内填料前，孔底必须夯实，夯击次数不少于8次，然后分层回填夯实灰土。灰土桩设计中，石灰与土的体积比一般为2：8或3：7。一般桩的强度随用灰量的增大而提高，当超过一定值以后，则强度增加很小，而配合比为1：9的灰土桩，其强度很低，配合比为2：8与3：7的灰土一般作为最佳含灰率。，但这与石灰的等级有关，应以氧化钙与氧化镁总量达到8%为佳。每次回填厚度为300～400mm，其压实系数应不小于0.97。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，并应过筛，其颗粒粒径不得大于15mm。石灰与土料应拌与均匀，色调一致，并应控制含水量在最佳含水量附近。拌好后应及时铺设夯实，不得隔日夯打。
2.5.5 灰土桩设计计算
（1）灰土桩单桩设计
灰土桩直径取d=500mm，桩间土挤密后达到的最大干密度=18KN/m3，挤密前土的平均干密度=14 KN/m3，处理宽度为：20+2×0.25×20=30米。
为了使桩间土得到均匀挤密，桩孔按等边三角形布置。按等边三角形布置的桩间距与桩排按下式计算：

h=0.866S
式中： d———桩孔直径（mm）
S———桩间距（mm）
———地基挤密后桩间土的平均压实系数，宜取0.93
———桩间土的最大干密度（t/m3）
———挤密前土的平均干密度（t/m3）
h———桩排（mm）
代值计算得：

=1175mm
h=0.866×1175
=1018mm
灰土桩桩体单位截面积承载力标准值按下式计算：

式中： ———桩体单位截面积承载力标准值（KPa）
———天然土不排水抗剪强度（KPa）
———桩柱体的内摩擦角一般取35O～45O
———安全系数，一般取2
考虑到地基土的工程性质及对湿陷性黄土的处理要求，桩长取L=5米，灰土桩的桩体内摩擦角取=40O，天然土不排水抗剪强度平均值取 =28 KPa，则单桩的单位截面积承载力标准值为：

=121KPa
则灰土桩单桩单位截面积承载力标准值取120 KPa
（2）灰土桩复合地基承载力计算
灰土桩按等边三角形布置，则其等效影响圆直径按下式计算：
=1.05S
式中： ———等效影响圆直径（mm）
S———桩间距（mm）
代值计算得：
=1.05×1175
=1234 mm
桩土面积置换率m按下式计算：