李自友LI Zi-you

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊050000）

1 濕陷的原因概擴(kuò)及濕陷性黃土的特點(diǎn)

1.1 濕陷的原因概況

濕陷主要產(chǎn)生的兩種原因：第一是濕陷路段遇水侵蝕，在水的壓力環(huán)境下造成整個(gè)土層破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重的下沉，從而嚴(yán)重影響道路行車安全。第二是濕陷性黃土自身所具有的一些化學(xué)特征。

1.2 濕陷性黃土的特點(diǎn)

濕陷性黃土地基路段由于受到了外界水的入侵，在水的壓力環(huán)境下，整個(gè)土層受到破壞后產(chǎn)生下沉現(xiàn)象的發(fā)生，從而產(chǎn)生路面破損，影響道路行車安全。重力來源體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是外力產(chǎn)生的壓力，二是黃土自身出現(xiàn)的壓力。自重和非自重的兩種黃土有不一樣的區(qū)別，主要是在上層覆土受到水的入侵時(shí)，是否產(chǎn)生嚴(yán)重的下沉為依據(jù)。其中，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重下沉的是自重型濕陷性黃土，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重下沉的是非自重型濕陷性黃土。

2 濕陷性黃土處治原則

2.1 綜合處治原則

包括地基處理、結(jié)構(gòu)措施、防水措施共三方個(gè)面的措施，根據(jù)公路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和地基特性，地基處理方法應(yīng)首先以防水措施為主要目的，地基后期處理為輔助方法，在以上兩種措施達(dá)不到技術(shù)要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取結(jié)構(gòu)措施。技術(shù)采取多措并舉綜合應(yīng)用的方法。

2.2 預(yù)防處治原則

完善相應(yīng)路段的防、排水系統(tǒng)，從而降低地基遇水侵蝕的可能性，是預(yù)防該路段地基破壞的首要措施，同時(shí)是相對(duì)節(jié)省的技術(shù)防范措施。

2.3 分級(jí)處理原則

根據(jù)不同地基路段的特性：濕陷類型、濕陷等級(jí)、濕陷厚度，不同的公路結(jié)構(gòu)部位（橋涵構(gòu)造物、路堤、路塹）產(chǎn)生的濕陷變形和壓縮變形按相關(guān)要求分級(jí)處理。

3 水泥土擠密樁的概述

水泥土擠密樁同時(shí)被稱為“灰土擠密樁”，水泥土擠密樁用土采用粒徑不大于20mm 的非鹽漬土，同時(shí)土中不能夠有活性物質(zhì)，如氧化鈣或氧化鎂等一類的氧化物。水泥土擠密樁在大面積施工前需選擇有代表性的路段進(jìn)行試驗(yàn)段施工，根據(jù)施工后所達(dá)到的技術(shù)要求，進(jìn)行施工工藝的選擇、機(jī)械設(shè)備的布置，送土?xí)r間、夯錘的錘擊次數(shù)進(jìn)行確定，一般采用梅花樁布局隔樁跳打，保證樁孔的穩(wěn)定性，防止塌孔現(xiàn)象發(fā)生。按照要求對(duì)樁間土及樁體土進(jìn)行干密度檢測(cè)，確保壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求，確保水泥土擠密樁的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 水泥土擠密樁在工程中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

本工程為京新高速公路（G7）新疆境內(nèi)大黃山至烏魯木齊段改擴(kuò)建公路，是國(guó)家高速公路網(wǎng)的重要組成部分，功能突出；項(xiàng)目所屬干旱少雨，特殊性土分布廣泛；項(xiàng)目交通路段車流量大，重載比例較高；沿線管線眾多，部分路段建筑分布密集，對(duì)項(xiàng)目改擴(kuò)建干擾較大。尤其是該工程遇到的濕陷性黃土的情況比較嚴(yán)重，設(shè)計(jì)圖紙中Ⅲ級(jí)自重性濕陷性地段采用水泥土擠密樁進(jìn)行處理，以保證工程質(zhì)量。其中濕陷性黃土路基段的情況見表1。

4.2 施工方法

4.2.1 施工準(zhǔn)備

在施工前必須要對(duì)整個(gè)工程施工進(jìn)行詳細(xì)的審核符合，尤其是對(duì)濕陷性黃土路基段的土質(zhì)進(jìn)行含水量試驗(yàn)檢測(cè)。配合比的配制工作，本標(biāo)段圖紙中水泥采用P·C32.5符合硅酸鹽水泥，土采用非鹽漬土。比例采用體積比10%的水泥土作為施工配合比，由于新疆地區(qū)取消32.5 等級(jí)水泥，變更為水泥采用P·042.5 緩凝水泥，體積比6%進(jìn)行了配合比試驗(yàn)工作。各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表2。

表1 濕陷性黃土路段明細(xì)表

表2 各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果匯總表

體積比6%換算質(zhì)量比為9.8:100，水泥土試驗(yàn)結(jié)果為：最大干密度為1.95 g/cm3，最佳汗水量為：11.2%。

4.2.2 施工工藝

①濕陷性黃土路基處理的過程中，必須保證整個(gè)路段的含水量合格，含水量過低將會(huì)導(dǎo)致塌孔，必要時(shí)要增加含水量。

②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已知的控制點(diǎn)，按設(shè)計(jì)要求的樁間距（樁距80cm，按等邊三角形布置）測(cè)放出樁位控制點(diǎn)，并用鋼釬打孔，孔深不小于30cm，用灌注白灰的方法做好標(biāo)記，樁距偏差≤0.5D（D 為樁身直徑），使用經(jīng)緯儀和尺量檢測(cè)。地面標(biāo)高采用水準(zhǔn)儀測(cè)量。

③樁基就位，由施工員檢查核對(duì)樁位，并保證樁架垂直，成孔中不發(fā)生移動(dòng)或傾斜，樁尖對(duì)中心樁位偏差≤5cm，成孔順序?yàn)榉峙襞鸥粜刑颍煽字睆?5-45cm之間，成孔深度不小于設(shè)計(jì)孔深，允許誤差為-10cm。施工過程中隨時(shí)對(duì)孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深檢測(cè)并記錄。

④水泥土拌制時(shí)水泥劑量滿足配合比批復(fù)劑量，含水量控制到最佳含水量左右，并達(dá)到“手握成團(tuán)，落地開花”的狀態(tài)。拌合好的水泥土用小型裝載機(jī)運(yùn)輸，按規(guī)定間隔、次數(shù)、數(shù)量進(jìn)行填料，填料時(shí)指派專人按規(guī)定數(shù)量均勻逐層填入，其夯實(shí)數(shù)量應(yīng)有記錄。

⑤采用卷揚(yáng)機(jī)式電動(dòng)夯錘夯擊成樁，夯機(jī)由指定操作人員操作，邊填料邊按規(guī)定擊數(shù)夯實(shí)到樁頂標(biāo)高。錘重選用100-300kg 為宜。施工員對(duì)樁的夯填質(zhì)量進(jìn)行管理，隨時(shí)檢查，并認(rèn)真填寫施工記錄。

⑥在工藝試驗(yàn)中檢測(cè)各技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，從而確定夯機(jī)的夯實(shí)次數(shù)、填土厚度及進(jìn)土速率，用于指導(dǎo)大面積施工。

⑦回填夯實(shí)采用應(yīng)連續(xù)施工，不得間斷停頓。回填土應(yīng)在水泥達(dá)到初凝時(shí)間前使用完畢，隔夜土嚴(yán)禁再次利用。

圖1 樁位布局圖

圖2 回填夯實(shí)

4.2.3 質(zhì)量檢驗(yàn)

①樁體壓實(shí)度及樁間土壓實(shí)度檢測(cè)方法采用環(huán)刀法檢測(cè)，對(duì)已完成成孔壓實(shí)擠密后的樁體及樁間土進(jìn)行鉆機(jī)取樣，單根樁長(zhǎng)6m，檢測(cè)4 處，以間隔深度1.5m 進(jìn)行取樣進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，用于判斷整個(gè)樁體或樁間土的壓實(shí)情況。

②采用EDTA 滴定法對(duì)水泥劑量進(jìn)行檢測(cè)，稱取300g 的混合料，倒入攪拌容器中，用玻璃棒攪拌均勻，加600mL 的10%氯化銨溶液；按每分鐘110 到120 次的頻率攪拌3min，放置沉淀10min，用移液管將上部已澄清的液體倒入300mL 的燒杯中，加蓋防止灰塵掉入待測(cè)液中。用移液管吸取10.0mL 懸浮放入200mL 的三角容量瓶中，用玻璃量筒量取50mL 的1.8%氫氧化鈉（內(nèi)含三乙醇胺）溶液倒入裝有懸液的容量瓶中，然后加入質(zhì)量約為0.2g 的鈣紅指示劑，搖晃三角容量瓶使溶液變成玫瑰紅色。記錄未開始滴定前乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V，開始用該溶液進(jìn)行滴定，邊搖晃邊滴定，并認(rèn)真觀察待測(cè)液的顏色變化；在顏色變成紫色的時(shí)候，滴定速度應(yīng)放緩，并搖勻；直到純藍(lán)色為終點(diǎn)，記錄滴定管中剩余溶液的體積V2（以mL 計(jì)，讀至0.1mL）。計(jì)算V-V2，即為乙二胺四乙酸二鈉溶液的使用量。根據(jù)配合比批復(fù)時(shí)的EDTA 標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比確定現(xiàn)場(chǎng)水泥用量是否滿足設(shè)計(jì)要求，從而控制水泥用量。

③使用三聯(lián)固結(jié)儀的方法對(duì)樁間土的濕陷系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)項(xiàng)目需要利用環(huán)刀鉆取樁間土制件待檢測(cè)，用凡士林涂抹環(huán)刀外側(cè)，將環(huán)刀刀口朝下放到互環(huán)里，將板底放入容器內(nèi)，板底上放透水石、濾紙、將護(hù)環(huán)和環(huán)刀放到容器中，土樣表面放上濾紙、透水石，然后放下傳壓活塞和加壓導(dǎo)環(huán)，使各部位緊密接觸上，保證穩(wěn)定。將壓縮容器置于加壓框架正中，密合傳壓活塞及橫梁，預(yù)加1.0kPa 壓力，安裝百分表，將表調(diào)至零點(diǎn)。清除預(yù)壓荷載，立即開始第一級(jí)荷載。加載時(shí)應(yīng)減小搖晃和沖擊，在加荷開始時(shí)同時(shí)開始計(jì)時(shí)。荷載等級(jí)一般要求為50-400kPa。飽和試樣在施加第一級(jí)荷載后，立即向容器中注水至滿。測(cè)定固結(jié)系數(shù)、沉降速率等技術(shù)指標(biāo)，一般按0s、15s、（1、2、4、6、9、12、16、20、25、35、45、60、90）min、2h、4h、10h、23h、24h，直到結(jié)果數(shù)據(jù)穩(wěn)定后停止。最后一小時(shí)的形變不超過0.01mm。結(jié)果整理，判定樁間土是否消除濕陷，滿足設(shè)計(jì)要求。

④無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)采用50mm*50mm 圓柱體無側(cè)限試模進(jìn)行成型后，對(duì)已脫模的試件用塑料袋包裹后進(jìn)行7d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生，將已浸水一晝夜的試件從水中取出，用軟布吸去試件表面的水分。根據(jù)試驗(yàn)材料的類型和一般的工程經(jīng)驗(yàn)，選擇合適量程的測(cè)力計(jì)和壓力機(jī)，試件破壞荷載應(yīng)大于測(cè)力量程的20%且小于測(cè)力量程的80%。球形支座和上下頂板涂上機(jī)油，使球形支座能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。將試件放在路面材料強(qiáng)度試驗(yàn)儀或壓力機(jī)上，并在升降臺(tái)上先放一扁球座，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，應(yīng)保持加載速率為1mm/min。記錄試件破壞時(shí)的最大壓力P（N）。結(jié)果整理看是否滿足設(shè)計(jì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

⑤復(fù)合地基承載力試驗(yàn)用于檢測(cè)單樁符合地基豎向抗壓承載力，檢測(cè)采用現(xiàn)場(chǎng)原位荷載方法，試驗(yàn)反力由荷載車輛提供，由1 根主框架構(gòu)成加載反力系統(tǒng)。加載采用1 個(gè)1000kN 油壓千斤頂，通過手動(dòng)油泵驅(qū)動(dòng)加載，千斤頂?shù)暮狭νㄟ^承載板傳遞至被檢復(fù)合地基，加載反力裝置提供的反力大于最大加載量的1.2 倍。加荷方式采用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法。試驗(yàn)最大加載量按設(shè)計(jì)承載力特征值的2 倍進(jìn)行，加荷等級(jí)宜取8-12 級(jí)，每級(jí)荷載增量均按最大試驗(yàn)荷載的1/8-1/12 確定，每級(jí)荷載施壓后按第5、15、30、45、60min 測(cè)讀受檢面沉降量，以后每30min 測(cè)讀一次。每一小時(shí)內(nèi)的承壓板沉降量不超過0.1mm，沉降急劇加大，土被擠出或承壓板中間出現(xiàn)明顯的隆起，累計(jì)沉降量大于承壓板直徑的6%或大于等于150mm，加載至設(shè)計(jì)要求的最大試驗(yàn)沉降，且承壓板沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)終止加荷。結(jié)果整理看是否滿足設(shè)計(jì)符合地基承載力指標(biāo)。

表3 各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)、頻率及檢測(cè)結(jié)果匯總表

通過上述試驗(yàn)確定各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)、頻率及檢測(cè)結(jié)果見表3。

圖3 濕陷性系數(shù)指標(biāo)檢測(cè)

圖4 復(fù)合地基承載力試驗(yàn)檢測(cè)

通過對(duì)試驗(yàn)路段的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，水泥土擠密樁在軟基處理中起到較好的效果，能夠有效的消除Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）自重型黃土中的濕陷性，保證了后續(xù)的工程施工，確保了整個(gè)工程的順利實(shí)施。

5 結(jié)束語

濕陷性黃土路段在高速公路施工過程中如不能夠有效地處理并消除濕陷，勢(shì)必給施工安全及通車后的交通安全造成嚴(yán)重的隱患。當(dāng)然，水泥土擠密樁的施工只是所有濕陷性黃土處理方法的一種。希望未來能夠有更加經(jīng)濟(jì)、合理的處理方法，更加簡(jiǎn)單及徹底的解決濕陷性黃土的這一問題，確保工程質(zhì)量有序可控。