湿陷性黄土路基处治中灰土挤密桩的应用

引言

在湿陷性黄土地区进行道路建设，路基的稳定性是关键。未经处理的湿陷性黄土路基，容易在使用过程中因湿陷导致路面不均匀沉降，从而产生裂缝、变形，甚至引发道路塌陷，严重影响行车安全和道路使用寿命。因此，对于湿陷性黄土路基，必须采取科学合理的处治措施，以改善其工程性能，增强其抗湿陷能力，确保道路结构的长期稳定。灰土挤密桩是一种常见的湿陷性黄土路基处治方法，可以有效提升土体的承载能力，起到加固土体的显著效果。

湿陷性黄土路基的危害性

湿陷性黄土，主要形成于第四纪全新世，是一种特殊的地质现象，主要分布在北半球的温带和亚热带地区。这种土体的形成与气候、地表植被、地下水条件及地质历史密切相关。其特点主要在于隐蔽性、时效性、易发性、重现性。在公路施工中，若为湿陷性黄土路基，则会严重损坏道路结构，造成地基不稳定等情况，其主要危害如下：

1、湿陷性黄土对道路结构的破坏。湿陷性黄土在遇到水分时，其体积会发生显著的收缩，导致路基下沉，路面出现裂缝。这种现象在道路建设中尤为常见，尤其是在雨季，路基的不均匀沉降会导致路面结构的破坏，影响行车安全和道路使用寿命。此外，湿陷还会导致桥梁、涵洞等构筑物的承载力下降，甚至引发结构破坏。

2、地基稳定性问题。湿陷性黄土的不稳定性会对地基产生严重影响，可能导致建筑物基础下沉，造成建筑物倾斜、开裂。这不仅威胁到建筑物的安全，还可能影响周围环境，如导致相邻建筑物的连锁反应，对居民生活和财产安全构成威胁。

3、地下管线损坏。湿陷性黄土路基的不均匀沉降会对埋设在地下的管道、电缆等基础设施产生拉伸或剪切力，可能导致管道破裂、电缆损坏，影响供水、供电、排水等城市基础设施的正常运行，造成大面积的公共服务中断。

4、环境影响。湿陷性黄土问题可能导致土壤侵蚀，影响土壤结构，进而影响植物生长。此外，道路沉降可能导致水土流失，增加洪水风险，对河流生态系统和农田灌溉造成负面影响。同时，修复过程中的土方作业可能产生大量扬尘，影响空气质量，对周边环境和居民健康构成潜在威胁。

5、经济损失与社会影响。由于湿陷性黄土引发的路基问题，需要投入大量的人力、物力和财力进行修复和维护。这不仅增加了道路建设和维护成本，还可能因道路封闭或交通拥堵导致经济损失，如延误物流、影响旅游业等。此外，频繁的道路维修也会给公众出行带来不便，降低生活质量，影响社会稳定。

二、工程概况

某公路工程沿线多为黄土层，厚度大，呈中等-强湿陷特点， 5～10m 为湿陷层厚度范围。为了消除湿陷性，有效提升路基稳定性和地基承载能力，经多方商议，最终决定采用灰土挤密桩处理本路段湿陷性黄土问题，希望能够通过灰土挤密桩施工，消除黄土湿陷性，达到理想的处理效果。

三、灰土挤密桩技术原理

灰土挤密桩最早产生于前苏联，主要用于黄土地基湿陷性消除方面，到20 世纪中期才得到了逐步推广及大量使用。灰土挤密桩是指在地基土上通过冲击进行挤土成孔，随后将灰土夯填到孔内以此成桩。成孔过程中，桩孔位置的土将由侧边不断挤出，进而能够挤密桩附近的土。灰土挤密桩能够充分混合各类比例的熟石灰和土，且利用多种方法向孔内夯入灰土。其加固原理为，其一利用成孔与夯实地基土被挤压成孔，促使桩孔中的土体由侧面挤出，此时压缩、扰动与重塑为桩附近土体的主要状态，如土体挤密到相应程度，即可消除其湿陷性；其二作为一种气硬性胶凝物质，石灰是最常用的一种建筑材料。当充分混合熟石灰和土后，就会出现一系列物理化学反应，进而有硅酸钙等水化物等生成，待其凝结后即可形成具备较高强度的桩体，当桩体与土体（挤密后）相互结合，即可形成复合地基。

四、灰土挤密桩施工技术要点

1、施工准备

施工前期，需做好清表和土方开挖工作，要求开挖至灰土桩设计顶标高处，现场做“ 三通一平” 、根据基础平面图进行轴线、桩位测量与设置。为了保证后期大面积施工质量，可先选取具有代表性的路段作为试验段，从而确定各项施工参数，比如填料分层厚度、夯击次数、灰土拌和量等等。待试验段检验合格后，才能进行大面积施工。

2、材料选择

（1）石灰。石灰是灰土挤密桩施工工艺的主要材料，可采取新鲜的生石灰，保证石灰内活性 CaO+MgO 含量在 55% 以上，粒径不大于 5mm ，含石量小于或等于 5%_∘ 。

（2）土料。按照设计规定，合理选择土料。要求采用塑性指数 4 以上的粉土，其有机质含量不得超过 5% ，严禁使用粗粒土、膨胀土等。

3、测量放样与桩位布设

按照设计要求，将路基边桩、中桩等位置测定出来，并确定各桩位和路中心的间距，并布设路线控制桩。布桩时，要求采用正三角形，钻孔深度控制在 30~40cm， φ 2.5cm ，并灌入白灰标注及编写桩位号。

4、成孔

在灰土桩夯实加固地基当中，成孔至关重要，成孔直接的优劣，对夯实效果和地基承载能力影响很大。按照成孔是否取土划分，可将其分为 2大类，第一，排土法成孔，又包括2 类，即人工法成孔，长螺旋钻机成孔。第二，挤土法成孔，又包括三类，即锤击沉管法、振动沉管法及冲击成孔法。其中适用性最强的为冲击成孔法，基本上不受地下水等因素制约。按照施工要求，灰土挤密桩施工中，可按照“ 外—内” 的顺序进行设置，为了避免振动挤压过程中，相邻孔会出现缩孔、塌孔等问题，同一排当中可间隔1~2 孔布设。在整个成孔施工中，要做到以下几点：

第一，钻进进入施工现场之后，可按照桩长进行钻塔、钻杆安装，严控钻具长度，避免因长度不合适，影响钻孔垂直度。

第二，钻机定位后，可先做相关检查，钻尖和土桩点之间的误差要严控在 10mm 以内。与地面接触后，要放慢下钻速度，特别是遇到地表硬层、冻土层时，应先通过风镐等将硬层、冻土层凿破后，再进行钻进施工。

第三，钻至设计孔深，需做好各项检查工作。比如，钻孔深度是否达到要求，是否存在虚土等等。

5、夯实成桩

采用 100～300kg 夯锤进行夯实成桩。在夯实过程中，主要施工流程为先连续对孔底处进行8 次夯击，待保证地基土密实度满足要求后，按照“ 一填三夯” 的原则进行填筑施工，成桩之后，便可通过振动压路机进行碾压，并进行灰土垫层填筑。

五、结束语

综上所述，湿陷性黄土由于本身土质结构疏松，具有较大的孔隙比，决定了其承受外部应力时容易发生变形，且遇水后极易发生沉降、塌陷。如果在这样的地基上建设公路，一旦地基处理技术不当，就容易引发各种公路质量病害，势必为公路后期使用埋下重大安全隐患。为此，应根据工程实际情况，合理选择路基病害处治措施，消除湿陷性，提高地基强度，减小地基变形，改善黄土地基的工程特性。

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