摘要：湿陷性黄土地区土质结构疏松，孔隙、垂直节理发育，具有湿陷性，地基承载力不高，在遇水侵蚀或较大荷载的作用下，易产生较大沉降。本文结合工程实际情况，介绍了水泥土挤密桩施工工艺在湿陷性黄土地区地基加固中的应用，该技术能够有效提高地基承载力，同时降低施工成本，对以后类似工程有一定借鉴意义。
关键词：水泥土挤密桩；湿陷性黄土；地基加固
湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔、垂直节理及湿陷性。天然湿度下，它的压缩性较低，强度较高，但遇水侵蚀后，它的强度显著降低，产生湿陷变形，造成地基沉降速度快、地基变形大。在湿陷性黄土地区进行隧道施工，由于其土质松软，力学性质特殊，基底的承载力通常较难满足结构的受力要求，隧道施工中的风险非常大，建成后的隧道也容易产生较大的基底变形，所以通常需对基底进行加固处理。目前常用的处理方法有水泥土挤密桩和树根桩，某客运专线处于湿陷性黄土地区，根据其地质特点，隧道基础加固施工采用了冲击挤密水泥土桩地基加固法。
1 工程实例
某铁路客运专线处于黄土地区，普遍黄土厚度大，广泛存在黄土地区普遍分布的冲沟、陡坎、崩塌、陷穴、人为坑洞等，同时存在松软土等特殊岩土，工程地质条件差。正线全长67.832公里，标段内共有隧道5座，总长度为6850延米。隧道主要穿过新黄土，成分以粉粒为主，质地均匀，结构疏松，孔隙比大，具肉眼可见之大孔隙，一般具高压缩性，遇水易崩解湿陷；据试验资料，该场地属中等～严重自重湿陷性场地，自重湿陷深度15～25米。
2 技术原理
水泥土挤密桩是通过沉管冲击或钻机开挖成孔，在地基处理的深层部位采用夯实设备进行边填料边强夯的孔内深层作业。通过高动能的重力夯锤进行冲、砸挤压的高压强、强挤密的夯击成桩作业，达到加固地基、消除黄土湿陷性的目的，其加固机理体现在以下两方面：
⑴ 桩锤夯扩成孔成桩的过程中，不仅使桩体十分密实，而且迫使土料向周边强制挤出，桩间土也被强力挤密加固，强度有一定的提高；同时在施工挤密过程中，桩体与桩间土之间会互相产生很大的侧向约束作用而紧密“咬合”，增大了侧壁摩阻力，使加固后的桩与桩间土形成一个密实整体，承载性能显著改善。
⑵ 水泥土挤密桩对原有地基土进行置换，其桩体本身具有较高强度。
综上所述，该技术主要通过柱锤的夯击使土体夯实和挤密，并使桩体和土体产生“紧箍”和“咬合”的作用从而构成复合地基，提高承载能力。
3 施工参数
3.1 施工机械
3.1.1 电动打桩机
设备总高度：≤3.2m；冲锤重量：300（±5％）kg；冲锤长度：2m；冲锤直径：15.4cm；冲锤头部扩大直径：17.8cm。
3.1.2 支架式潜孔钻
设备总高度：≤3.2m；钻孔深度：≤20m。
3.1.3 其他设备
提升式夯实机、铁锹、量斗、运输车等。
3.2 水泥土填料配比要求
⑴ 水泥标号：32.5号普通硅酸盐水泥。
⑵ 黄土：d10≥0.012mm，d60≥0.04mm。
⑶ 黄土天然含水量：w=7～9.5%。
⑷ 配比（重量比）：水泥/黄土≤1：10。
⑸ 配制后水泥土含水量：w水泥土＝14％。
3.3 水泥土挤密桩设计参数
⑴ 桩身材料水泥土配合比在1∶11～1∶7范围内时，建议采用的最优含水量为14%，最大干密度可取值为dmax=1.82g/cm3。
⑵ 湿陷性黄土地基加固采用间距为70cm的部分排土挤密成桩法；当施工方能保证水泥土桩的垂直度，也可采用间距为80cm的非排土冲击挤密成桩法。
⑶ 桩平面布置成由等边三角形构成的梅花形；冲锤成孔直径为23～26cm；冲锤成桩直径≥28cm。
⑷ 成孔方式：间隔打法，即隔排隔行，间隔1～2个孔跳打。
⑸ 水泥土挤密桩施工振动对隧道初期支护的振动速度和加速度分别限制在v≤5cm/s和a≤2.4g范围内。
图1 隧道基础水泥土挤密桩处理流程
4 施工工艺
4.1 基本操作
水泥土挤密桩是采用机械成孔，选用相对单一的土质材料，与水泥按一定配比，在灰土拌和站充分拌和均匀制成水泥土，分层向孔内回填并强力夯实，制成均匀的水泥土桩。桩和桩间土一起形成复合地基。
4.2 工艺流程图
隧道地基加固水泥土挤密桩技术工艺流程见图1。
4.3 施工方法
4.3.1 试桩
施工前进行成桩工艺性试验，确定钻孔机具、成孔机具、击实机具、击实次数、一次投料量、水泥土最优含水率，并应进行挤密效果试验，验证挤密效果是否符合设计要求。试桩数量应符合设计要求且不少于3根。
4.3.2 场地处理
清除基底植被，挖除树根，松软表土和腐植土应清除干净，场地平整，做好临时排水设施，保证地基处理范围不积水。平整后的地面标高为设计桩顶标高+20～30cm。原地面基底密实、平整（高差不超过50mm），洞穴处理彻底，无质量隐患。同时保证场地的大小能满足打桩机、潜孔钻等施工机具的放置与填料运输车工作等要求。
4.3.3 放样定位
根据施工图纸对桩孔进行放样定位，定位采用灰钉，灰钉深度不小于250mm，并对桩位进行编号，保证桩位偏差不大于50mm。
4.3.4 成孔
水泥土挤密桩的成孔工艺包括部分排土法与非排土法两种。既可采用间距为70cm的部分排土挤密成桩法；如果能保证水泥土桩的垂直度，也可采用间距为80cm的非排土冲击挤密成桩法。本工程大多采用非排土法。
1 非排土法（沉管成孔法）
根据现场情况采用电动打桩机挤密成孔。采用打桩机将与桩孔同直径钢管打入土中使土向孔的周围挤密，然后缓慢拔管成孔。桩管顶设桩帽，下端做成60°锥形活动桩尖，以利空气流动，减少拔管时的阻力，避免坍孔。成孔后及时拔除桩管，不应在土中搁置时间过长。成孔顺序按里程一排排推进，同一里程由中间向两边推进，同排内间隔1孔进行，以免因挤压造成相邻孔缩孔。
2 部分排土法（钻孔夯扩法）
⑴ 在孔位上埋设护筒防止钻进时坍孔，确保护筒中心线与桩中心线一致，不得向任何方向倾斜。
⑵ 护筒埋设完毕后，组织潜孔钻就位进行钻孔，钻进过程中保证钻杆与桩位中心线一致，不得向任何方向倾斜，以防孔钻斜。
⑶ 钻进过程中产生的废土及时清理，防止堵塞、卡钻。
⑷ 当钻至桩底设计标高时，停止钻进，准备填料。
4.3.5 水泥土的拌制
土料选用取土场黄土，水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥。水泥土按配合比设计要求在搅拌站集中拌制，采用运输车覆盖运输。根据室内土工试验严格控制水泥土含水量，若含水量大采用分摊晾干，若含水量小采用洒水润湿。拌和土出料时，应色泽一致，无灰团、灰条和花面现象。水泥土拌制根据回填要求随拌随用，被雨水淋湿、浸泡的水泥土严禁使用按作废处理，下雨期间不得进行水泥土拌制。
4.3.6 水泥土回填夯实
成孔后及时夯填，夯填前测量成孔深度、孔径，并在填料前空夯10下，以便夯实孔底。桩孔分层夯实，每次回填厚度为250-400mm，采用提升式夯实机夯实。配置直径0.35m，重量45kg的铸钢夯锤，落锤高度不小于2m，每层夯实不小于10锤。水泥土回填夯实需连续施工，每个桩孔必须一次性回填夯实，不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。
4.4 成桩质量检验
⑴ 水泥土桩桩位、垂直度、有效直径的允许偏差均符合规范要求。
⑵ 施工过程中质量检验：施工过程中应随时检查施工记录及现场施工情况，并对照预定的施工工艺标准，对每根桩进行质量评定，对桩身质量有怀疑的工程桩，应用地质钻机进行取芯自检。
⑶ 桩身质量检验：在施工结束后7～14天内，采用地质钻机对桩身质量进行抽样检验，检验点数为总数的2%。无侧限单轴抗压强度q≥3MPa（28天），无侧限饱和单轴抗压强度q≥2.2MPa（28天）。
⑷ 桩身完整性试验：按水泥土桩总数的10～20％随机抽样进行小应变试验。
⑸ 桩间土质量检验：在孔之间形心点、成孔挤密深度内采用钻机取样，按每1m为一层分层取样，用环刀法检测土体的密实度，并且与原状土对比。要求其平均密实度不小于0.95，湿陷系数不超过0.015，每20～30m2加固面积至少取1组土样。
⑹ 承载力检测：水泥土挤密桩成桩14d后，应进行桩基承载力检测，检测数量不小于总桩数的0.5%，且每一单体工程不应小于3点。要求单桩承载力和单桩复合地基承载力大于设计值。
4.5 注意事项
⑴ 施工前须将场地清理干净，避免场地内存在较大的混凝土块，而使成孔发生困难。
⑵ 水泥土配料前应对原状土的含水量进行检测，当含水量不够时，在配料前提前闷水，用钢钎在其上插入许多钎孔以使水能够较均匀的渗透，洒水后用预先备好的土工膜覆盖；当含水量过大时，提前做好凉晒准备。在最佳含水量时拌制水泥土。
⑶ 施工质量关键在于桩体密实度。为保证密实度，施工前应根据试成桩及设计要求的桩径和桩长确定分层填料量、分层夯填度及总填料量。
⑷ 在夯击成孔时，应在夯击杆上做固定标记，对成孔深度进行控制，以确保孔深。且应将落锤的中心对准孔中心，以防桩位产生偏差。
⑸ 水泥土挤密桩成孔后应立即回填以免造成相邻孔缩孔或塌孔，尽可能打一孔填一孔，打孔时采用间隔打法，隔排隔行，间隔1-2孔跳打。
⑹ 在回填以前，测定所拌制水泥土含水量，确保其达到或接近最佳含水量（w=14%）。
⑺ 雨期或冬期施工时，应采取防雨、防冻措施，防止土料和水泥受雨水淋湿或冻结。已拌成水泥土不得超过24小时或隔夜使用，被雨水淋湿、浸泡的水泥土严禁使用。
⑻ 对于多台机械同时进行施工时，各台机械之间的最小间距宜≥5m，相邻两台机械不宜同时进行3m深度内的成孔和回填冲击作业。
⑼ 施工过程中，应有专人监测成孔及回填夯实的质量，并作好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符时，应查明情况，采取有效处理措施。
结语：
本工程处于湿陷性黄土地区，通过施工中对水泥土挤密桩技术的应用，有效控制了地基沉降，提高了地基承载力，保证了施工过程及运营的安全。由于水泥土挤密桩成本低、污染小、承载力高、拌制方便且质量容易控制，可广泛应用于我国的湿陷性黄土地基加固处理施工中。
参考文献：
[1]刘建发.大西客运专线湿陷性黄土地区水泥土挤密桩与预应力管桩复合地基处理技术[J].铁道标准设计，2011年第8期.
[2]罗泽明.水泥土挤密桩施工技术[J].科技博览.
[3].范钦爱.对采用挤密桩加固既有线路基的商榷[J].铁道标准设计，2006年第9期.
论文作者:李桐
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/26
标签：水泥论文; 黄土论文; 地基论文; 夯实论文; 含水量论文; 密实论文; 承载力论文; 《基层建设》2019年第9期论文;