湿陷性黄土地基的处理方法

∙湿陷性黄土的一般概念黄土分布地区，一般气候干燥、降雨量少，蒸发量大，属于干旱、半干旱气候类型，年平均降水量在250mm～500mm之间．黄土在自重或一定荷重作用下受水浸湿后，其结构迅速破坏而发生显著地附加下沉，以至在其上的建筑物遭到破坏，这种现象称之为湿陷．具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土，湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土．根据基底下各上层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素，湿陷性黄土地基的湿陷等级规定见表1．2 湿陷性黄土地区给水排水管道设计由于湿陷性黄土的特性，在湿陷性黄土地区管道发生事故的主要原因是地基的不均匀沉降，因此，管道对地基强度、稳定性及不均匀沉降有极为严格的要求．在湿陷性黄土地区设计给水排水管道时，最可靠的措施是彻底处理地基，全部消除湿陷量[1]，使给水排水管道座落在可靠的人工地基上，免除湿陷，确保正常使用．在工程实践中，由于地质情况复杂等原因，往往不能彻底处理地基，只能部分处理地基，很多情况是采取防水措施避免和减少给水排水管道的湿陷．2.1 管道地基处理湿陷性黄土层的管道基础处理方法很多，常用的方法有土或灰土垫层、砂或砂垫层、强夯法、重锤夯实法、桩基础和预浸法等[2]．各种处理方法都有其适用范围和局限性．由于管线长，工程地质条件千变万化，而且，机具、材料等条件也会因地区不同而有较大差别．因此，对每一具体线段都要进行细致分析，从地基条件、处理要求、工程费用、材料、机具等诸多方面进行考虑，以确定合适的地基处理方法．2.2 建筑物应采取相应的结构措施建筑物应采取相应的结构措施，加强其刚度，以适应给水排水管道漏水对其造成不均匀沉降的影响．2.3 管道采取相应的防水措施在工程实践中，对只能部分处理地基的地段，还必须采取防水措施，才能避免或减少给排水管道的湿陷程度．但是，防水措施经常维护管理较为困难．即使短暂时间疏忽，也可能造成地基浸水，因此，给排水管道布置尤为重要．∙添加评论(0)摘要：本文收集湿陷性黄土的工程特性，并以CFG桩施工技术为例研究湿陷性黄土地基的处理方法，包括其加固机理、施工工艺及质量控制措施等。

希望可为从事路基设计、施工、维护的技术人员和专业研究人员提供一点施工参考。

关键词：湿陷性黄土；填筑；技术随着国家西部大开发战略的推进，高等级公路和铁路在湿陷性黄土区大量兴建。

笔者有机会参与了西北地区的高速公路和铁路的建设，了解到湿陷性黄土地基的工后沉降及变形对工程质量有很大的影响。

因此对湿陷性黄土地基的处理非常必要。

针对一些常用的湿陷性黄土地基的处理方法如冲击碾压法，强夯法都能达到一定的效果。

但是，笔者在甘肃的平定高速公路上采用的一种新的处理法即水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）处理湿陷性黄土地基效果非常理想。

1湿陷性黄土的工程力学性质1.1湿陷性黄土在天然状态下结构性比较强，常处于欠压实状态，弹性变形极小，主要为压密变形。

而压密变形又分为压缩变形和湿陷变形，而且湿陷变形在浸水后发展较快，对工程有较大的危害。

对此，国内外有关的研究取得了不少成果，认识到设计黄土地基时，必须首先通过现场和室内试验，判定黄土的湿陷性质、类型和等级。

黄土的湿陷变形具有突变性，非连续性和不可逆性。

黄土的湿陷变形曲线按单轴浸水压缩试验可分为三个阶段。

如图1所示，ab为原状结构的压缩变形阶段;bc为湿陷变形阶段，正是由于浸水使土的物理状态和强度软化引起的变形;cd为饱和湿陷性黄土固结变形，属粘弹塑性变形。

这三种变形各具特点。

第一阶段为压实变形，一般属线性变化；第二阶段为湿陷变形，属浸水后的结构软化塑性变形；第三阶段为饱和黄土的固结变形，当外荷连续增加时属排水粘塑性固结变形。

图1p-e曲线1.2强度指标黄土的主要特点是具有结构性的欠压密性。

二者密切相关，正是由于结构性才导致欠压密性。

欠压密状态的存在，使黄土的应力关系和强度包线表现出特殊的规律。

结构强度常被定义为能保持土原始基本单元结构形式不被破坏的能力，一旦固化联结键破坏，如浸水、扰动等，土的力学性质就会发生显著变化，如承载力降低、湿陷性和强度弱化等现象。

1.3压缩性压缩性是土的一项重要工程性质，反映了地基土在外荷变形下产生压缩变形的大小。

对于湿陷性黄土地基，压缩变形是指地基土在天然含水条件下受外荷作用所产生的变形，它不包括地基受水浸湿后的湿陷变形。

湿陷性黄土的压缩性质指标采用压缩系数a、压缩模量E，和变形模量E0来表示。

2湿陷性黄土地基处理技术------水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）2.1加固机理CFG桩复合地基是水泥粉煤灰碎石桩（CementFly-ashGravelPile）的简称，桩体由碎石、粉煤灰、水泥加水而成，其强度与素混凝土相当，通过在基础与加固区之间设置由散体材料构成的褥垫层来分配桩土荷载，保证桩土协同工作，形成复合地基。

CFG桩复合地基工程特性主要表现在：1、桩体作用由于桩体材料高于软土地层，在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的应力，随着地层变形逐渐集中到桩体上，大部分荷载由桩体承受，桩间土应力明显减小，于是复合地基承载力高于天然地基。

2、垫层作用CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基。

褥垫层为桩向上刺入提供了条件，并通过垫层材料的流动补给，使桩间土与基础始终保持接触。

在桩土共同作用下，地基土的强度得到一定发挥，相应地减少了对桩的承载力要求。

3、加速排水固结作用CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于成桩和振动作用，会使土体产生超孔隙水压力。

刚施工完的CFG桩为一个良好和排水通道，孔隙水沿桩体向上排出，直到CFG桩体变硬为止。

4、振动挤密作用CFG桩采用振动沉管法施工时，由于振动和挤密作用使桩间土得到挤密，特别在砂土层这一作用更明显。

砂土在高频振动下，可以改善土的物理性能，抗液化能力有所提高。

5、加筋作用复合地基除可提高地基的承载力外，还可以用来提高土体的抗剪强度，因此可提高土坡的抗滑能力。

国外将砂桩和碎石桩用于高速公路的路基或路堤加固，以提高地基土体的稳定性。

2.2CFG桩施工准备首先核查地质资料，结合设计参数，选择合适的施工机械和施工方法。

然后进行满足桩体设计强度的配合比试验，确定各种材料的施工用配比；平整场地，测量放线，定出控制轴线、打桩场地边线并标识；施工前清除地表耕植土，进行成桩工艺试验，确定施工工艺和参数。

2.3CFG桩施工顺序与施工工艺CFG桩施工一般优先采用间隔跳打法，也可采用连打法。

具体的施工方法由现场试验来确定。

跳打时应及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。

连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在粘性土中易造成地面隆起；跳打法不易发生上述现象，但土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩被振裂或振断。

采用隔桩跳打时，施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d；全长布桩时，应遵循由“由一边向另一边”的原则。

本标段主要采用长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工工艺。

1、CFG桩钻机就位CFG桩钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。

2、混合料搅拌混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，拌合时间不得少于1min。

混合料加水量和坍落度（设计要求长螺旋钻管内泵压混合料法施工时，坍落度控制在16～20cm）根据采用的施工方法按工艺试验确定。

3、钻进成孔钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，开始钻进。

一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。

在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。

当钻头到达设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。

当动力头底面达到标记处桩长即满足设计要求。

施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。

4、灌注及拔管CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆心充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。

成桩的提拔速度宜控制在2～3m/min，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。

灌注成桩完成后，桩顶采用湿黏土封顶，进行保护。

施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。

5、移机当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。

施工时由于CFG 桩的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。

因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工工艺流程为：原地面处理→测量放线→钻机就位→钻进至设计深度→停钻→泵送混合料→均匀拔钻至桩顶→钻机移位2.4质量控制及检验1、质量控制(1)为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制，核对地质资料，在工程桩施工前，应先做不少于2根试验桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题修订施工工艺。

(2)CFG桩的数量、布置形式及间距、桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。

(3)为保证施工中混合料的顺利输送，施工中采取强制式搅拌机。

桩身每方混合料掺加粉煤灰量及坍落度控制根据设计和采用的施工方法按工艺试验确定。

通常桩顶混凝土密实度差，强度低，对此采取桩顶以下2.5m内进行振动捣固的措施。

冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃,对桩头和桩间土应采取保温措施。

(4)整个施工过程中，安排质检人员旁站监督，并作好施工原始记录，记录孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。

CFG桩施工属隐蔽工程，应做好报检和监理签认工作。

CFG桩施工中，每台班均须制作检查试件，进行28d强度检验，成桩28d后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求。

(5)清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

2、检验(1)所用的水泥和粗细骨料品种、规格及质量应符合设计要求；按照同一产地、品种、规格、批号的水泥，每200t为一批，检验水泥强度、安定性、凝结时间；同一产地、品种、规格且连续进场的粗、细骨料，分别每400m3为一批，检验粗细骨料含泥量、筛分试验颗粒级配。

数量不足时也上述数量做一批计。

各种原材料每批抽样检验1组。

(2)CFG桩混合料坍落度应按工艺性试验确定并经监理工程是师批准的参数进行控制：台班抽样检验3次，现场做坍落度试验。

(3)桩体强度检测方法、数量及标准见《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）4.14.7：每台班制作混合料试块，进行28d 标准养护试件抗压强度检测。

要求达到设计强度10MPa～15MPa。