灰土挤密桩施工工艺及质量控制研究

【摘 要】本文介绍了灰土挤密桩的加固机理，并通过现场实测对灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基的效果进行了检测，指出该处理方法完全能够满足施工的要求，为其它类似工程提供了参考。

【关键词】灰土；挤密桩；湿陷性黄土；施工工艺

1.前言

本工程属于新建铁路兰州至重庆线（兰州枢纽）兰州北机务段小辅修库工程，位于兰州市安宁区沙井驿乡和西固区内。本结构为门式刚架结构体系，檐口高度6.550、9.950和12.550；基础类型为钢筋混凝土机械成孔灌注桩，+0.000标高为轨顶标高，库内地面标高为-0.010。该建筑物的安全等级为二级；建筑场地类别为II类；建筑结构设计使用年限为50年；抗震设防分类标准为丙类。砌体的施工质量控制等级为B级，结构耐火等级为二级，屋面防水等级为II级。

该工点为湿陷性黄土地区，该区湿陷性黄土厚度一般为4～8m，粘粒含量较多，结构较密实，湿陷敏感性弱，湿陷量不大，为非自重湿陷性黄土；但在个别湿陷性黄土层较厚的地方，也有自重湿陷性黄土存在，但等级较低。

由于设计要求该范围内天然地基基本承载力不小于200kPa（或250kPa），否则应进行换填，改良或加固处理。由以上分析，该工程范围内地基处理为灰土挤密桩，桩径400mm，桩间距900mm，桩长8m，回填土采用三七灰土。

2.灰土挤密桩的加固机理

灰土挤密桩[1]是利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层并随之拔出，在土中形成桩孔，然后在桩孔中分层填入灰土夯实而成灰土桩。与夯实、碾压等竖向加密方法不同，灰土挤密桩是对土进行横向加密。施工中当套管打入地层时，管周地基土受到了较大的水平向挤压作用，使管周一定范围内的地基土的工程物理性质得到改善， 其密实度增加、压缩性降低、湿陷性全部或部分消除。灰土挤密桩的加固机理可从桩间土和桩身两方面进行分析。

2.1 灰土成桩时对土体的挤密作用

灰土夯实成桩过程中，桩孔四周土体受到强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高；据有关挤密桩相邻桩孔间挤密效果的试验表明，在相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大，且桩间土的密度变得均匀，桩距愈近，叠加效果愈显著。

2.2 灰土桩本身的刚性支撑作用

灰土夯实后，水泥与拌和土间发生一系列的物理化学反应，从而形成具有一定强度和渗透性较低的灰土固结体。灰土中土粒内的钠离子或钾离子能和水泥水化生成的钙离子进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度得到提高；水泥水化中生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大1000倍左右，通过团粒化作用能使较大的土团粒进一步结合起来，形成灰土的团粒结构，通过坚固的连接，灰土的强度大为提高；随水泥水化反应的深入，组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，增大了灰土的强度，因其结构比较致密，水分不易侵入，因而也具有足够的水稳定性。另外，灰土中的氢氧化钙能不断吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳化反应，生成不溶于水的碳酸钙，也能使灰土增加强度[2]。

3.灰土挤密桩的施工

3.1 桩的施工参数

3.2 灰土挤密桩的技术要求

在该段路基要求消除湿陷性；单桩复合地基的承载力不小于200kPa。

4.处理效果检验

灰土桩的桩间土具有挤密作用，通过挤密达到消除地基土的湿陷性和提高强度的目的。本场地的挤密效果检验主要是通过现场试验―单桩复合地基载荷试验进行其处理效果检验。

4.1加载方式

图1 复合地基载荷试验示意图

现场试验最大加载量不小于复合地基承载力设计值的2倍（400kPa），分为8级加载，每级加载量为50.0kPa，第一级加载量为100 kPa。

单桩复合地基静载荷试验承压板为0.84m×0.84m， 试坑开挖至桩顶设计标高。用油压千斤顶加载、工字钢及钢管搭设平台、混凝土块提供反力（500kN）见图1。

4.2 荷载及沉降测量

荷载值通过油压表测量；复合地基沉降则通过承压板四边对称架设的位移传感器测量，所有位移传感器均用磁性表座固定于基准梁上，基准梁安设在独立的基准桩上。

4.3 检测设备

现场检测设备：油压千斤顶、位移传感器、油压表、JYC桩基检测仪等。

4.4 试验结果

试验的具体试验数据见表2：

根据载荷试验结果可知，载荷试验加载到设计荷载200kPa时，沉降量为2.75～3.18mm，试验加载到400kPa时，总沉降量为6.70～9.65mm。该区灰土挤密桩单桩复合地基承载力能满足设计要求的200kPa。

5.小结

1） 灰土挤密桩处理地基是一种效果明显的处理方法，有很好的应用价值。

2） 灰土挤密桩为半刚性桩，对比灌注桩等刚性桩具有施工速度快，造价低的优点；对比灰土桩等柔性桩具有复合地基强度高且提升快，减少占地范围等优点。

参考文献：

[1] 龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] 熊厚金，林天健，李宁. 岩土工程化学[M].北京：科学出版社，2001.

[3] 施红政.夯实灰土桩的应用与体会[J]山西建筑，2006，32（18）：91-92.

作者简介：

马鑫龙，男，汉，1979年出生，毕业于哈尔滨工程大学工程力学专业，现为中铁十三局集团兰渝铁路兰州枢纽工程项目部实验室主任。