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灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應用
擠密樁法，是軟土地基加固處理的方法之一。通常在濕陷性黃土地區使用較廣，用沖擊或振動(dòng)方法，把圓柱形鋼質(zhì)樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后進(jìn)行素土、灰土、石灰土、水泥土等物料的回填和夯實(shí)，從而達到形成增大直徑的樁體，并同原地基一起形成復合地基。
摘要：灰土擠密樁作為一種處理濕陷性黃土地基的重要方法，具有承載力高、技術(shù)可靠、設備簡(jiǎn)單、成本低、施工效率高、經(jīng)濟效益高等特點(diǎn)，在我國路基處理中得到了廣泛的應用，從而有效消除了復合地基樁間土的濕陷性，提高了路基的強度，確保了整個(gè)公路的質(zhì)量。文章對灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應用進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：灰土擠密樁;路基處理;路基強度;路基加固設計;濕陷性黃土
灰土擠密樁是通過(guò)振動(dòng)沉樁機將帶有通氣樁的鋼制管沉入到土中設計的深度，下沉樁管對周?chē)S土產(chǎn)生較大的橫向擠壓力，樁管將地基中同體積的黃土擠向周?chē)耐翆�，這樣有效減少土間孔隙，增加土間的密度，使濕陷性得到消除，提高樁間土的承載力。當灰土樁的樁體材料石灰與土之間發(fā)生物理化學(xué)反應時(shí)，能使一定強度的樁體得以凝結，樁體與擠密土所組成的復合地基，使路基土的承載力得到了有效的提高，并且滿(mǎn)足了施工設計的要求。
一、濕陷性黃土的特征
1.1 濕陷性
當黃土受到自然地表水的侵蝕時(shí)，黃土中的易溶鹽類(lèi)溶解，會(huì )破壞顆粒間的膠合作用力，從而導致土粒懸浮于水中。當再次沉積時(shí)，土粒碰到已沉積的土粒，因兩者之間的相互引力大于其重力，土粒會(huì )在最初的位置上停留，不再出現下沉現象，從而形成蜂窩狀結構，這為水的進(jìn)一步侵蝕提供了條件，空隙間通過(guò)連通和擴展，會(huì )導致大孔隙和陷穴的出現。經(jīng)過(guò)外荷載作用，會(huì )破壞土體結構，這樣會(huì )造成大量、劇烈變形現象的發(fā)生，大大降低了土體結構的強度，從而產(chǎn)生濕陷性。
1.2 直立性
濕陷性黃土在天然含水量的狀態(tài)下具有強度高和壓縮性小的特征，可以將垂直邊支撐起，天然陡壁多呈近90°的邊坡，因此，濕陷性黃土具有直立性的特征。
1.3 膨縮性
當濕陷性黃土遇到水時(shí)，會(huì )產(chǎn)生膨脹現象，而干燥后會(huì )產(chǎn)生收縮現象，通過(guò)多次反復作用，會(huì )導致裂紋的形成，然后剝落，這樣會(huì )對路基的穩定性產(chǎn)生嚴重影響。
1.4 崩解性
當濕陷性黃土浸入水中時(shí)，會(huì )很快產(chǎn)生崩解現象，這對路基的強度和穩定性會(huì )產(chǎn)生較大的影響。
1.5 難壓實(shí)
當濕陷性黃土的最大干密度和最佳含水量較高時(shí)，就會(huì )難以滿(mǎn)足碾壓密實(shí)要求的條件。
1.6 受含水量影響較大
濕陷性黃土受含水量的影響較敏感。當含水量較小時(shí)，易于產(chǎn)生揚塵現象。當含水量大于最佳含水量時(shí)，易于產(chǎn)生翻漿現象。適宜壓實(shí)的含水量為最佳含水量的-2%～+0.5%。
二、灰土擠密樁施工原理
第一，工后產(chǎn)生沉降的主要原因是黃土的強結構性和孔隙，在實(shí)際施工中，灰土擠密樁因沖擊振動(dòng)充分擾動(dòng)了樁周?chē)耐馏w，破壞了大孔隙黃土的原有結構，使其結構變得更加緊密，從而使抵抗濕陷和振陷的能力得到了提高，工后的沉降也得到了有效的減少。
第二，在成樁過(guò)程中，樁間土因受到很大的側向擠壓力，通過(guò)被擠密加固，使強制擠密區、擠密區和擠密影響區得以形成，從而使樁周?chē)馏w的模量得到了提高，地基整體的壓縮變形得到了有效的減少。
第三，當采用較重夯錘進(jìn)行施工時(shí)，孔內加固原材料單位面積會(huì )受到高動(dòng)能、強夯擊的作用，地基土會(huì )受到很高的預壓應力，從而提高了樁體的強度，模量也會(huì )增大，這樣
一來(lái)處理后的地基浸水及加載不會(huì )產(chǎn)生明顯的壓縮變形。
第四，樁體和樁間土得到有效的加固，復合黃土地基的整體剛度較均勻，可以確保行車(chē)的安全，提高行車(chē)的舒適度。
三、灰土擠密樁的作用
3.1 灰土擠密樁的有效性
(1)灰土擠密樁能夠降低基底下一定深度內樁間土中的應力，樁間土擠密后在其濕陷性沒(méi)有完全消除的情況下，當土中應力不超過(guò)其濕陷起始壓力時(shí)，地基浸水后不可能產(chǎn)生濕陷或者產(chǎn)生濕陷較少;(2)灰土擠密樁對樁間土具有側向約束的能力，當樁間土局部受壓時(shí)，所產(chǎn)生的側向擠出變形會(huì )受到一定的約束，從而使壓力與沉降呈線(xiàn)性關(guān)系。
3.2 灰土擠密樁的簡(jiǎn)便性
(1)灰土擠密樁在施工場(chǎng)地狹窄以及土方大量開(kāi)挖困難的場(chǎng)地較為適用，從而對地基無(wú)安全施工具有一定的影響;(2)灰土擠密樁是以土治土，就地取材，所以其材料較廣泛;(3)灰土擠密樁施工機具較簡(jiǎn)單，且其制作成本低，其應用能夠得到大力推廣。
四、灰土擠密樁在濕陷性黃土路基處理中的應用要點(diǎn)
4.1 工程概況
鄭州至西安客運專(zhuān)線(xiàn)，全長(cháng)458.8km，主要經(jīng)過(guò)山前平原、沖擊平原、河流一、二級階地和丘陵低山區等不同的工程地質(zhì)地貌單元，沿線(xiàn)黃土分布廣泛，大部分黃土為濕陷性黃土，該工程施工最大的問(wèn)題是濕陷性黃土路基的處理。DK27+758.88～DK28+300段濕陷性黃土路堤長(cháng)541.12m，路堤高6.2m，而地層上部8m稍濕稍密，8m以下稍濕中密，層厚約為25m，濕陷性黃土厚度為12m，
自重濕陷量為1.5～27.5cm，濕陷量為19.4～71.7cm。
4.2 路基加固設計
(1)加固類(lèi)型選擇。由于濕陷性黃土厚度達12m，因此路基可以采用樁長(cháng)14m的擠密樁進(jìn)行加固，頂鉆孔直徑為0.25m，擠密孔直徑為0.5m，呈三角形布樁;(2)擠密樁間距的選擇。根據計算可知，擠密樁樁間距應小于1.21m，所計算出的擠密樁間距為1.987m。
4.3 施工前的準備工作
(1)試樁。在施工前，應先進(jìn)行成孔、夯填工藝和擠密效果等試驗，然后對分層填料的厚度和相應的夯擊次數、一次成樁的長(cháng)度和振動(dòng)錘功率等進(jìn)行確定。只有確定試樁各參數后，才可以進(jìn)行規模施工。主要試驗內容：樁間土的標準貫入試驗、符合地基荷載試驗以及單樁承載力試驗。如果一次試驗不成功，要對設備進(jìn)行改裝或更換，并對施工方法進(jìn)行改變，設置兩次或多次試樁，直到全部試樁達到施工的要求;(2)灰土材料。對于灰土材料的選擇，石灰的各項技術(shù)指標應符合施工的要求，并且要采用集中購進(jìn)和集中消解的方法，從而確保施工進(jìn)度。如果存放時(shí)間較長(cháng)，必須對其進(jìn)行覆蓋，這樣一來(lái)可以起到防潮的作用，在使用前應對鈣、鎂的含量進(jìn)行測定，不得使用不符合施工要求的材料。對于土源來(lái)說(shuō)，取土場(chǎng)必須具備足夠含水量適中的老黃土，路基原地面翻松自然土的塑性指數應在14左右，不得使用有機質(zhì)含量大于10%的有機土;(3)場(chǎng)地的平整。在施工前，施工人員要對施工場(chǎng)地進(jìn)行清理和平整，這樣一來(lái)便于大噸位樁機的移機，確保樁的垂直度，同時(shí)要采用防護措施確保施工的安全;(4)機械的安裝。在施工前，應組織經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員對到達場(chǎng)地的設備進(jìn)行安裝，必須確保樁管的垂直，當發(fā)現損件時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行維修和更換，從而確保施工順利地進(jìn)行;(5)定位的測量。在施工前，施工人員應按照施工圖紙對軸線(xiàn)進(jìn)行定位，只有監理驗線(xiàn)合格后，才可以進(jìn)行樁位放樣，軸線(xiàn)測量的精度和樁位放樣必須符合施工的要求;(6)垂直度的校正。當樁機就位后，應對樁管的垂直度進(jìn)行校正，確保樁尖和樁中心在同一直線(xiàn)上，從而確保樁身施工的垂直度。
4.4 沉管成孔
(1)待樁機就位平穩后，不得有移動(dòng)、傾斜現象的發(fā)生，則樁管與樁孔相對應;(2)在施工開(kāi)始時(shí)，應輕擊慢沉。當樁管方向穩定后，按照正常的速度進(jìn)行沉管;(3)當樁管沉到設計深度后，要及時(shí)將樁管拔出，不得在土中擱置太久。如果拔管較難，可以先使用水浸潤樁管周?chē)耐翆�，然后旋轉樁管拔出;(4)當成孔后，要及時(shí)對樁孔質(zhì)量進(jìn)行檢查，對孔徑和深度進(jìn)行觀(guān)測，看偏差是否超過(guò)容許值，輕微縮頸可削擴至能滿(mǎn)足填夯施工。
4.5 填夯施工
在填夯施工前，應先進(jìn)行填夯試驗，對填料數量和夯擊次數進(jìn)行確定，按照夯實(shí)質(zhì)量的標準對檢測方法進(jìn)行檢測，確保其達到施工的指標。當擠密成孔檢查合格后，應及時(shí)進(jìn)行回填夯實(shí)，應先底夯，確保有效地進(jìn)行深度的處理，一般底夯要8次以上，直到聽(tīng)到清脆錘聲為止。然后進(jìn)行填料夯實(shí)，根據試樁所取得的參數，確定每次分層填料的厚度、夯錘的高度、夯擊的錘數，直到每層聽(tīng)到清脆錘聲，方可進(jìn)行上一層填料夯實(shí)。
4.6 灰土擠密樁施工質(zhì)量的檢測
(1)在施工前，應對樁尖土進(jìn)行標準灌入的試驗，對各土層強度增長(cháng)情況進(jìn)行比較，從而對土層的承載力進(jìn)行判定;(2)對于復合地基承載力的檢驗數量不得低于總樁數的0.3%，不少于3點(diǎn)，而單樁承載力的檢驗數量不得低于總樁數的2%;(3)在施工后，應間隔一定的時(shí)間進(jìn)行質(zhì)量的檢驗。當空隙水壓力消散且間隔時(shí)間不少于28天后，方可進(jìn)行飽和黏性土地基的檢測，而粉土、砂土和雜填土地基不得少于7天;(4)對于樁體現場(chǎng)的檢測，其主要內容有樁徑、樁距、樁長(cháng)和樁體土，可以采用鋼卷尺對樁距、樁徑進(jìn)行現場(chǎng)測量，可以采用鉆孔取芯方法對樁長(cháng)、樁體土進(jìn)行檢測，采用人工探井取原狀土樣法對樁間土進(jìn)行檢測。
五、結語(yǔ)
總之，灰土擠密樁通過(guò)擠密作用，不僅使濕陷性黃土達到了最大干密度指標，還使黃土路基的濕陷性得到了有效的消除，提高了地基的承載能力和水穩性，確保了整個(gè)工程的質(zhì)量。同時(shí)，灰土擠密樁施工無(wú)需開(kāi)挖回填，能夠縮短施工工期，并且填孔材料能夠就地取材，施工成本較低。因此，灰土擠密樁在我國濕陷性黃土路基處理中得到了廣泛的應用，并取得了良好的成效。
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