王星浩
(西峽縣公路管理局,河南 南陽 474550)
黃土是一種黃紅色、含鈣質(zhì)的粘性土,其特性為滲透性、濕陷性等,不利于路基穩(wěn)定。于公路建設來講,最關鍵在于是否存在濕陷性。在一定壓力作用下,黃土被水浸濕后,將迅速破壞土結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生嚴重沉陷問題,這種情況下,被認為是濕陷性黃土。根據(jù)濕陷系數(shù)的大小,可確定黃土是非濕陷性黃土,還是濕陷性黃土。當濕陷系數(shù)<0.015時,可認定為非濕陷性黃土;當濕陷系統(tǒng)≥0.015時,則認定為濕陷性黃土。由宏觀角度分析,濕陷性黃土的基本特征主要包括以下幾點:
1)濕陷性黃土的基本色調(diào)為“黃色”,可分為黃色、灰黃、棕黃等。
2)濕陷性黃土含鹽成分高,尤其是碳酸鹽。
3)石英、黏土礦物等均為濕陷性黃土的礦物成分,伊利石為黏土礦物的主要成分,化學成分中含量偏高的為劍突金屬鋁、鎂等。
4)濕陷性黃土內(nèi)存在大量粉土顆粒,甚至高達60%左右。
5)濕陷性黃土孔隙比大,一般為1.0,基本上均為松散結(jié)構(gòu) 狀態(tài)。
從微觀層面來講,結(jié)構(gòu)單元、孔隙及膠結(jié)構(gòu)為構(gòu)成黃土的主要部分,黃土內(nèi)粗粒粉偏多,大于0.05mm的砂顆粒含量很少,因此黃土的骨架構(gòu)成主要為粗粉粒,在砂顆粒的表面附著有大量膠結(jié)物質(zhì),從而具備微結(jié)構(gòu)特性。
墊層法也被稱為墊層置換法,主要就是通過開挖的方式將地基底部以下的濕陷性黃土范圍之內(nèi)的所有軟土部分或者全部挖出,并且置換成為壓縮性比較小的砂、碎石、灰土、素土、粉煤灰、石灰粉煤灰、干渣等,這些置換的材料沒有侵蝕性,并且經(jīng)過振實、碾壓之后就可以作為地基的持力層。對于建構(gòu)筑物而言,在其中可能存在較多的震動設備,會產(chǎn)生附加的震動荷載,因此,墊層法是較為安全和較好處理效果的濕陷性黃土地基處理方法。
復合地基主要指的是多種深層加固方法,通過樁和被擠密的樁間土構(gòu)成的地基。和天然地基處理不同,也不屬于一般的樁基,而是屬于一種特殊的復合地基。一般主要可以分為幾下幾種類型:根據(jù)樁所用材料不同主要可以分為碎石樁和石灰樁等;按樁強度主要可以分為有柔性樁、半剛性半柔性樁(主要指水泥樁)和剛性樁(主要指鋼筋混凝土預制樁)。復合地基的樁體材料不同,施工方法不同,復合地基對于濕陷性黃土地基的處理效果也不同。在工程中應充分利用復合地基的效應,具體包括排水效應、樁體效應、墊層效應、擠密效應,同時應該避免各種不同形式破壞的發(fā)生。
擠密樁是一種人工復合地基,其本身屬于一種深層地基加固方法。主要就是利用沉管在地基當中形成樁孔,然后在樁孔內(nèi)部填夯水泥石灰、灰土、粉煤灰、素土等材料,通過擠密的方式來加固地基。這種樁對于濕陷性黃土也有較好的處理效果,并且通過以土治土、就地取材可以有效縮短工期,整個施工的費用也較低,可以消除濕陷性黃土淺層以及深層部分或全部濕陷性。其中灰土樁和石灰粉煤灰樁可以運用在地下水位以上,處理深度大約為5—15m,含水量介于14%—23%的濕陷性黃土地基。如果主要目的是消除地基濕陷性,一般主要采用土樁;如果是為了消除濕陷性,降低壓縮性,提高承載力,一般采用灰土擠密樁。
經(jīng)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示,按地貌單元劃分某公路工程屬于黃河南(右)岸Ⅱ級階地,場地地層上部為第四紀風沖積—洪積碎屑沉積物,主要土質(zhì)類型為填土、黃土狀粉土。通過試坑浸水試驗,12cm為自重濕陷量,由此可測得本路段為自重濕陷性黃土地質(zhì),且為II級濕陷等級,具有較差的土體物理力學性質(zhì)。結(jié)合當?shù)貙嶋H情況,決定采用灰土擠密樁進行濕陷性黃土地基處理。
19世紀30年俄羅斯首次使用素土樁法消除黃土濕陷性,主要采用樁體擠密原理,通過研究與改進逐步演變成灰土擠密樁?;彝翑D密樁的作用主要如下:
1)樁體作用?;彝翑D密樁形成的復合地基中,樁體具有較大剛度。在剛性基礎荷載作用下極易出現(xiàn)變形,并集中作用于樁體,相比之下,樁間土所承擔的荷載略少,減小原地基土的承載負荷,進而提升復合地基承載力,降低沉降。
2)墊層作用。樁和樁間土之間可形成一個復合土層,通過復合地基和上部墊層的相互作用,可構(gòu)成一個雙層地基,從而同時承擔豎向荷載,實現(xiàn)分散作用力的效果。
3)排水固結(jié)作用。相比其他材料,灰土的抗?jié)B能力強,當?shù)乇硭駢|層后,在灰土墊層的作用下,可避免下部土層受水浸濕。同時,在超孔隙水壓力作用下,利用樁體,可加快地基固結(jié)沉降速度。
4)擠密作用?;彝翗秾儆跀D密成孔類型,在成孔時,樁體原位土將被擠壓到側(cè)向,進一步減小顆粒之間的孔隙,提高密實度,加強樁間土的擠密作用。
1)確定加固類型?;诘刭|(zhì)勘查報告分析,本工程具有8~12m厚的濕陷性黃土,加固時可采用14m長的擠密樁,0.4m為擠密樁鉆孔直徑,以正三角形布設。
2)確定擠密樁間距。根據(jù)長期實踐與理論研究可知,2~3D為擠密樁的擠密影響半徑(樁徑直徑由D表示),因此,可在0.8~1.2m之間控制擠密樁相鄰兩孔的間距,同時基于應力疊加效果考慮,最終確定0.9m為擠密樁相鄰兩孔的間距。
施工前,需對土料實際含水率進行詳細檢測,一旦實際含水率大于最佳含水量±3%,則需及時調(diào)整含水率,嚴控土料含水率。石灰材料以塊徑小于5cm的新鮮生石灰為準,其中含石量需控制在5%以內(nèi)。材料進場前,做好各項質(zhì)量檢測工作,保證其質(zhì)量合格的情況下,才能用于施工。按照施工現(xiàn)場情況,結(jié)合施工方案特點,需提前配備好施工設備,保證施工連續(xù)性,同時,要提前做好試機工作,避免施工中出現(xiàn)故障,影響施工進度和質(zhì)量。
在施工前,對施工場地進行清理和平整,以便于樁機的移機、 就位。
施工前,需先清理干凈施工作業(yè)面,保證無雜質(zhì)。隨后進行初步平整,保證滿足施工作業(yè)需求,為后期樁機移動提供便利。同時,還要按照施工圖紙,做好定位、放樣工作。待基礎檢驗合格的情況下,即可進行樁位放樣。軸線測量與樁位放樣的精確度必須與設計要求相符。待樁機就位之后,需及時校正樁管的垂直度,保證樁尖、樁中心在同一條直線上,以此提高樁身施工垂直度的準確性。
本工程樁位布設以正三角形為主,布樁時,鉆孔直徑為0.4m,樁間距為0.9m并將白灰灌入,用于準確標準,同時進行樁位編號。按照國家現(xiàn)行標準規(guī)范,結(jié)合工程實際情況,可確定14m為地基處理深度。同時要保證處理后的地基承載力必須控制在180KPa以上。
灰土擠密樁地基加固處理時,成孔是一個至關重要的環(huán)節(jié),成孔質(zhì)量將對灰土樁及復合地基的承載力產(chǎn)生很大影響。成孔施工前,需按照“輕擊慢沉”的原則,待樁管方向確定之后,便能以正常速度進行沉管施工,當達到設計深度時,拔出樁管,形成樁孔。
成孔后,通過夯實設備將孔底夯實,夯擊次數(shù)不得低于8擊,直至達到規(guī)定要求??變?nèi)填料前,需先夯實孔底,可采用分段施工法,按照“由里到外、從中間向兩側(cè)”的順序間隔1~2孔進行回填夯實。隨后對樁孔直徑、深度、垂直度進行抽樣檢查,保證在1.5%以內(nèi)控制樁孔垂直度偏差,樁孔中心點的偏差控制在樁距設計值5%以內(nèi)。
填夯施工前,應先做好填夯試驗,準確確定各層填料數(shù)量與夯擊次數(shù)。通過試驗確定,每次回填厚度為300mm,夯擊次數(shù)在12擊以上,直至滿足設計要求,隨后夯實上一層填料,按照上述施工流程循環(huán)反復施工。最終保證灰土樁頂標高在設計樁頂標高5 cm以上。
第一,夯擊施工過程中,樁孔內(nèi)存在滲水、涌水、積水情況,需及時將水從孔內(nèi)排出。
第二,沉管成孔時,若遇到障礙物,需采取以下方法處理。探查時,可通過洛陽鏟,隨后將障礙物挖除,也可在其上面或四周進行樁數(shù)增加,從而提高局部處理深度,保證質(zhì)量。當遇到未填實的坑洞時,由于其面積較小,不便挖除,需打通樁并在該范圍內(nèi)增加樁數(shù),也可從結(jié)構(gòu)上采取一定處理方法。
第三,夯擊過程中,若遇到縮頸、堵塞、成孔難、孔壁坍塌等問題,應根據(jù)實際情況,合理采取處理方法。例如,含水量太大,存在嚴重縮頸問題,可將干砂、生石灰塊、碎磚碴等材料填筑于孔內(nèi)。若含水量太小,需先浸水,保證其滿足最佳含水量規(guī)定值。
綜上所述,目前,處理公路濕陷性黃土的施工技術(shù)有很多,而灰土擠密樁施工技術(shù)因成本低、加固效果好等特點,被廣泛應用于我國公路濕陷性黃土的處理中,已日益成為廣大工程界人士的主要處理方式之一。采取灰土擠密樁法處治濕陷性黃土路基,可有效降低地基濕陷性,提高路基壓實度和強度,具有良好的施工效果。