連玲波

（山西長興路橋工程有限公司，山西 長治 046000）

灰土擠密樁法屬橫向加密土層法，是用沉管振動、振沖或爆破等的方法在地基中擠土，形成直徑為28～60 cm的樁孔，然后向孔內(nèi)夯填灰土（灰土是將不同比例的消石灰和土摻和，一般體積比例為2∶8或者3∶7）形成的。成孔時成孔部位的土被側向擠出，從而使樁間土得到擠密；另一方面，灰土樁樁體材料石灰和土摻和后產(chǎn)生離子交換凝硬等反應，形成一定強度的樁體，樁體和樁間擠密土共同組成人工復合地基[1]。因此其適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，處理深度宜為5～15 cm。

本文介紹太原至陽泉高速公路某大橋橋頭濕陷性地基灰土擠密樁的整個施工過程，對濕陷性黃土地基處理施工具有借鑒意義。

1 工程概況

線路位于黃土高原區(qū)，地形、地貌條件相對復雜，且局部路段具有Ⅱ級濕陷性黃土，為消除黃土地基濕陷性隱患及增強地基承載力，利用灰土擠密樁處理的橋頭地基長度為20 m，處理寬度至路基坡腳線外1 m（本工程處理寬度為75.78 m），總樁數(shù)為1 701根，其地基為Ⅱ級濕陷性黃土。

2 灰土擠密樁布置及技術參數(shù)要求

2.1 灰土擠密樁布置圖（圖1、圖2）

圖1 灰土擠密樁立面布置圖

圖2 灰土擠密樁平面布置圖

2.2 灰土擠密樁施工相關技術參數(shù)及要求

a）樁徑 D=40 cm，樁長 11.5 m。

b）填料用灰土體積配比為2∶8。

c）樁間距為1 m，呈正三角形布置，這樣可以使樁間土得到均勻擠密。

d）要求處理后的復合地基承載力大于等于180 kPa。樁長范圍內(nèi)，樁間土濕陷性全部消除。

3 施工準備

施工前，需收集相關資料，切實了解施工現(xiàn)場的工程地質條件和周圍環(huán)境，編制好施工技術方案及相應的技術措施，進行周詳?shù)氖┕蕚?。主要包括：主要機具配置、人員組織、場地清理、測量準備、試驗準備、現(xiàn)場土的含水量檢測和調(diào)整等。

3.1 主要機具配置

沉樁機械為2.5 t導桿式柴油樁錘，由60滾杠式樁機架帶動行走、就位和起吊樁管，沉管直徑40 cm。為保證設計要求，樁孔夯填采用專用夯實機，夯實錘重340 kg，且最大部分的直徑應較樁孔直徑小100～150 mm，以便填料順利通過夯錘四周。

3.2 人員組織

施工技術人員、工長、各設備操作工、維修工、電工、測量工、勞力工等。

3.3 場地清理

為保證對樁機運行無影響，施工前需人工配合推土機對處理區(qū)域進行清理、整平工作，清除障礙物，標記處理范圍地下構造物及管線，對樁機運行有影響的松軟場地進行預壓處理，場地形成橫坡，并做好臨時排水溝，以此保證擠密樁施工作業(yè)（填方路段處置范圍為坡腳外1 m）。

3.4 測量準備

施工前復測基線、水準點，測量地基的中線、邊線，定出控制軸線、打樁場地邊線；根據(jù)地基平面布置圖及樁位圖，通過坐標控制點，準確定出每個施工樁位點，并做好標示（白灰定位），經(jīng)檢驗復核無誤后再進行施工，并做好記錄。

3.5 試驗準備

為給后續(xù)施工檢驗提供標準和依據(jù)，施工前工地實驗室需對白灰進行原材料試驗、地基原狀土進行擊實試驗，并按設計要求做好二八灰土的標準擊實試驗，得出土和灰土填料的最佳含水量和最大干容重。

3.6 現(xiàn)場土的含水量檢測和調(diào)整

擬處理地基土的含水量對成孔施工與樁間土的擠密至關重要。工程實踐證明，當天然土的含水量小于14%時，土呈堅硬狀態(tài)，成孔擠密很困難，且設備容易破壞；當天然土的含水量等于或大于24%時，飽和度大于65%時，樁孔可能縮頸，樁孔周圍的土容易隆起，擠密效果差；當天然土的含水量接近最優(yōu)（或塑限)含水量時，成孔施工速度快，樁間土的擠密效果好。因此，在成孔過程中，應掌握地基土的含水量不要太大或太小。地基土宜接近最優(yōu)（或塑限）含水量，當土的含水量低于14%時，宜對擬處理范圍內(nèi)的土層進行增濕，增濕處理應在地基處理前4～6 d前完成。

4 沉管法成孔工藝及措施要求

4.1 成孔工藝

灰土擠密樁成孔方法采用沉管擠密，當整片處理時成孔擠密應宜由內(nèi)向外進行，局部處理宜由外向內(nèi)進行，同排內(nèi)并間隔1～2孔進行，成孔后應立即進行夯填。沉管時采用2.5 t導桿式柴油樁錘，樁尖定位對準樁中心，調(diào)平樁架后，使樁管垂直后方可升錘，隨后方可緩緩放下，使樁管、樁尖、樁錘與同一垂線上，借錘擊力及樁管自重，將樁管壓入土中。

4.2 成孔措施要求

a）沉樁機械必須準確定位，并檢測導管的垂直度，確保垂直度偏差不大于1.5%，再進行沉樁施工。

b）樁尖開始入土時，先低錘輕擊（或低提重打），待沉入土中1～2 m后，并能保證樁管方向穩(wěn)定后，再加大落距，用預定的速度、落距、繼續(xù)錘擊，直到達到設計深度為止。

c）拔管技巧：樁管沉入到設計標高后不宜在土中擱置時間過長，而應及時拔出，以免增大拔管阻力。具體是當柴油錘成樁至設計深度后，應立即關閉油門，在拔管前停頓10 s左右后，勻速拔管（小于等于1 m/min，軟弱層及軟硬交界處小于等于0.8 m/min）。拔管困難時可用水浸潤管周圍或采用旋活樁管后起拔，拔出樁管后立即測量樁孔直徑和深度。

5 樁孔夯填工藝及措施要求

5.1 填料制備

灰土樁樁身填料所用石灰應用Ⅲ及以上新鮮的塊灰，使用前1～2 d消解并過篩，不得含有粒徑大于5 mm的生石灰塊及其他雜質，也不得含有過多的水分。土優(yōu)先采用就地挖出的黏性土及塑性指數(shù)大于4的粉土，土內(nèi)有機質含量不得超過5%，使用前過篩，其粒徑不大于15 mm，含水量應符合規(guī)定。（本工程設計要求應為Ⅰ級生石灰；所用土宜為砂土并進行過篩，篩孔孔徑不大于20 mm，嚴禁使用腐殖土），并確保石灰與土按照體積比例2∶8在含水量接近最佳含水量時充分攪拌至顏色一致，拌合后要及時填入樁孔，已拌成灰土不得超過6 h或隔夜使用，且要做到灰土拌制根據(jù)回填要求隨拌隨用，原料和拌合料盡量就近堆放，避免日曬、雨淋，被雨水淋濕、浸泡灰土嚴禁使用按作廢處理。

5.2 夯填施工

樁孔回填夯實前，應對孔底進行夯實，夯擊次數(shù)不少于8擊，并進行填料回填試驗，以確定每次合理的填料數(shù)量和夯實次數(shù)以及夯擊能。夯填施工由人工配合填料，機械連續(xù)夯擊，填料與夯擊要配合好，且要保證施工的連續(xù)性。成孔后夯實機就位，向孔內(nèi)填入已拌合好的二八灰土，填料要分層回填分層夯實，填料量不得小于設計值，一般每層填料厚度控制在10～20 cm以內(nèi)。樁體的夯實質量宜用平均壓實系數(shù)控制，且樁體的平均壓實系數(shù)值均不小于0.96。

5.3 夯填過程中的措施要求

a）為保證夯填質量，要嚴格控制并記錄每一樁孔的填料數(shù)量和夯實時間，夯實施工由專人監(jiān)督和檢測，并在工地現(xiàn)場檢測灰劑量。

b）每個樁孔回填料應與設計計量相當，并適當考慮1.1～1.2的充盈系數(shù)。

c）對于未填實的墓穴、孔洞等面積不大、挖除不便時，將打樁穿通過，并在此周圍增加樁數(shù)，力求將其擠（夯）密。墓穴、孔洞等面積較大、深度較深時，及時通知設計單位、建設單位、監(jiān)理單位，變更設計或采取進一步的補救措施。

d）灰土回填采用連續(xù)施工，每個樁孔一次性分層回填夯實，不得間隔停頓或隔日施工以免降低樁的承載力。夯實時盡可能打一孔填一孔，打孔時采用間隔打法。

e）擠密樁在成孔或拔管過程中對樁孔（或樁頂）上部土層有一定的松動作用，因此施工前應根據(jù)選用的成孔設備和施工方法在場地預留一定厚度的松動土層，待成孔和樁徑回填夯實結束后將其挖除或按設計規(guī)定進行處理。本工程設計要求填方路基樁孔回填至地面以下80 cm，并挖除樁頂80 cm覆土，回填80 cm二八灰土。灰土壓實度滿足路基規(guī)范要求，且大于96%。

6 擠密樁施工過程中可能出現(xiàn)特殊問題的處置

6.1 樁管（孔）傾斜問題

a）原因分析 土質軟硬不均勻是導致樁管（孔）傾斜的主要原因。施工時樁兩側土一邊軟一邊硬懸殊較大，沉管時管會向軟土一側傾斜。尤其是遇上空洞、大塊孤石等障礙物時，更易造成樁管傾斜。

b）處理方法 施工中要勤觀察、勤檢查，發(fā)現(xiàn)障礙物提前進行處理，加大樁管檢查頻率，當樁管傾斜度超過2%時，應及時停止沉管，將沉管拔出，待孔中填入土料后再重新復打。

6.2 樁孔縮頸或堵塞問題

a）原因分析 地基土的含水量過大或過小。含水量過大，土層呈強度極低的流塑狀，打樁時土受強制擾動擠壓產(chǎn)生孔隙水壓，樁管拔出后，擠向一側未回填孔，使未填孔身局部直徑縮小；含水量過小，土層呈堅硬狀，擠密成孔時易碎裂松動而塌孔造成堵塞。另一方面有可能是不按規(guī)定的施工順序進行施工導致此情況發(fā)生。

b）處理方法 在地基土的含水量在達到或接近最佳含水量時，進行擠密施工，可有效防止縮頸?？s頸可采用洛陽鏟將樁孔孔壁凸出部分鏟去和采取復打辦法解決。前者適用于縮頸不嚴重或在樁孔上部出現(xiàn)時，后者適用于縮頸較為嚴重的情況。另外，為避免夯打造成縮頸堵塞，必須遵守前述施工工藝的相關要求，尤其控制拔管速度，采取“慢拔”方法和間隔跳打夯填。

7 施工效果

灰土擠密樁地基施工處理的技術效果主要在成孔擠密、消除濕陷性和提高承載力3個方面。設計要求本灰土擠密樁身二八灰土壓實系數(shù)不小于0.96，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93，加固處理后的地基要求濕陷性系數(shù)小于0.015，地基承載力大于等于180 kPa。由于本工程在大橋橋頭路基位置十分重要，所以在擠密樁施工完畢7 d后施工單位委托具備地基檢測資質的單位對單樁復核地基載荷試驗、樁間土濕陷性消除情況、樁體壓實系數(shù)進行了抽樣檢驗，共完成單樁復合地基載荷試驗9點，探井3個（采用機動洛陽鏟沖擊成孔，規(guī)格∮0.8 m；探井采用側壁刻塊法采取原狀土樣，樁間土原狀土樣取樣位置為正三角形布樁其中一邊的中點處，樁體灰土樣品取樣位置在樁身上，采樣垂直間距1.0 m，規(guī)格∮127×200 mm）。

7.1 復合地基靜載荷試驗檢測

試驗根據(jù)現(xiàn)場條件，采用鋼梁上配置重物的形式（堆重法）提供試驗所需反力，通過油壓千斤頂分級施加荷載進行，靜載試驗共9點，平均值180 kPa，試驗綜合判定灰土擠密樁復合地基承載力特征值為180 kPa，滿足設計要求，如表1。

表1 復合地基靜載荷試驗結果表

7.2 樁間土濕陷性消除情況

樁間土取樣數(shù)量33個，樁間土的各項物理指標均合格，作為主要指標的濕陷系數(shù)在地基處理深度范圍內(nèi)實測結果范圍在0.001～0.011，濕陷性系數(shù)均小于0.015，滿足設計要求。

表2 樁間土土工試驗結果

表2 樁間土土工試驗結果（續(xù)表）

7.3 樁體壓實系數(shù)檢測

經(jīng)檢測樁體壓實系數(shù)平均值為0.977，大于0.96，符合設計要求。有關檢測結果見表3。

表3 壓實系數(shù)統(tǒng)計表

試驗結果證明：地基承載能力提高，基礎處理深度范圍內(nèi)濕陷全部消除，樁體壓實系數(shù)符合設計要求，真正達到了濕陷地基處理的效果。施工過程見圖3、圖 4、圖 5、圖 6。

圖3 灰土樁成孔施工

圖4 灰土樁夯填施工

圖5 灰土樁復合地基靜載試驗

圖6 灰土樁施工完畢后

8 施工體會

a）工藝方面 因擠密樁施工機械相對較簡單，操作簡便，且主要施工工序由成孔和夯填兩大部分構成，所以施工方法簡單，靈活易操作，是較好的一種地基處理方法。

b）工期方面 本案例1 701根擠密樁，歷時工期為58 d；單根灰土樁設計方量為1.3 m3，單根成孔用時在8～9 min，夯填用時在35～40 min，耗時相對較短。

c）成本方面 由于其所用材料價格低廉，所以樁徑40 cm二八灰土樁擠密地基施工成本經(jīng)濟，經(jīng)實地考核綜合單價為25元/m左右，相對其他深層地基加固工藝較為經(jīng)濟。

d）擠密樁應用在橋頭特殊位置作用 作為重要部位的橋頭濕陷地基的處理，處理有效的話在防止地基濕陷變形，減少總沉降量的同時為后序預防橋頭跳車現(xiàn)象也從一定程度上奠定了堅實的基礎。

e）存在的突出問題 灰土擠密樁處理公路工程濕陷性地基是由建筑上處理地基經(jīng)驗引申而來的，目前在試驗檢測和規(guī)范的完善性方面公路行業(yè)內(nèi)尚存在一定的欠缺，致使我們完工后檢測需要借鑒一些建筑地基上的檢驗方法和標準。這都需要進一步得到補充完善和改進提升，以適應越來越高的公路建設水平要求。

9 結束語

山西省高速公路建設一直面臨濕陷性黃土地基如何處理的困擾，用灰土擠密樁法施工橋頭濕陷性地基在原地處理無需開挖且處理深度較大；可就地取材，應用廉價材料達到“以土治土”，能有效降低工程造價；施工簡便靈活，功效高；并且濕陷性地基經(jīng)擠密后能有效地改變樁間土間的力學性能，消除黃土濕陷性、提高承載力，是一項可行的濕陷性黃土地基處理措施。