灰土挤密桩消除湿陷性黄土的方法和试验分析

孙重阳

摘要：湿陷性是黄土区的典型特征，是指黄土在自身作用和附加荷载作用下，由于含水饱和度的存在而产生的有害沉降的性质。为防止和避免软土湿陷引起建筑物或构筑物不均匀沉降、倾斜或开裂，目前我国软土地区地基处理和加固一般采用深夯法、排水固结法、换填法和化学加固法。 灰土挤密桩具有地基处理、深夯、局部材料、现场处理、造价低等特点，在湿陷性大的软土地区，采用灰土夯实桩加固软土地基，可有效地消除土壤湿陷性，大大提高地基承载力。加快施工速度，缩短工期，降低造价，是治理黄土地区严重可减灾灾害的有效途径之一，在我国黄土地区得到广泛应用。

关键词：湿陷性黄土；灰土挤密桩；试验分析；静栽试验；

以灰土挤密桩为对象，分析了其在柔性软土地基中的作用机理，介绍了柔性软土地基的设计方法和处理效果，并对目前柔性软土地基中石灰土挤密桩施工中存在的不足提出了相应的意见和建议。为柔性软土地区地基处理提供参考。

一、湿陷性黄土地基的综述

1．湿陷性基础的分类。有两种类型的可折叠基础：自重可折叠和无重量可折叠。它们之间的区别在于浸泡后需要外力。如果浸没后左舷在没有外力的情况下倒塌，则称为自重折叠左舷。如果左舷浸泡在水中，需要一定的外力使其倒塌，则称为不可折叠左舷。湿陷系数通常用于确定软土的湿陷性，临界值为0.015，低于临界值为不可折叠软土，反之亦然。施工现场湿陷性按自重湿陷量确定。自重湿陷率<7cm为非自重湿陷率，反之亦然。

2.可折叠左舷的机械性能。可折叠弹性体的力学性能比较特殊，主要体现在三个方面：（1）结构性：具有一定的结构特性，能够承受一定的荷载。一旦结构被破坏，其柔软和折叠的特性都暴露出来。（2）性能差：LOSS需要很长时间才能沉淀，颗粒物松散。（3）湿陷性：在结构和外力作用下容易变形。

3.软土湿陷原因分析及处理措施。折叠式左眼有内因和外因。内部因素主要包括结构、化学成分和矿物成分，外部因素是水和外力的共同作用。根据该理论，由于其内部因素，LOSS容易发生坍塌，从而加速了在水和外力作用下的力衰减。可折叠软土地基根据处理后的情况可分为两类，即部分湿陷性处理和全部湿陷性处理。如果处理后的地基根本没有湿陷性，则认为湿陷性完全消除；如果处理后的地基仍然具有部分湿陷性，则称为部分处理。柔性软土地基通常通过荷载传递、地基加固和土体密实来加固。

二、灰土挤密桩的工作机理

湿陷性黄土是一种特殊的土，土体均匀，但土体结构松散，孔隙大，干密度低，含水量高，浸水后由于土体结构的破坏而产生附加变形。试验表明，当黄土的干密度和密实度达到某一峰值时，黄土的湿陷性就可以基本或完全消除。为了控制黄土的湿陷性，灰土挤密桩充分利用上述机理，通过挤孔使桩间土密实，从而降低孔隙比和含水量，增加黄土土的干密度，形成高承载力的人工复合地基。加固的具体原理是:1)土的侧向压实:灰土挤密桩成功过程中，成孔设备对孔位置的原状土进行强制压实，灰土桩周围的土也进行压实，从而提高黄土土的强度，避免或减少其湿陷性。通常挤密桩的影响半径为1.5d ~ 2.0d (d为桩径)。试验研究表明，相邻挤密桩之间的土体存在叠加挤密现象，即桩间土体的中点压实度最高，挤密效果最好。合理的桩间距应为2d ~ 3d (d为桩孔直径)。土壤的压实效果与含水量有关。当含水量接近最佳含水量时，土体处于塑性状态，压实效果较好。当含水量较低，即小于塑限时，土体呈固态或半固态，压实影响面积变小，压实效率低；当含水量大于液限时，土体处于流动状态，挤压会引起超孔隙水压力。挤压力基本由孔隙水承担，土的有效挤压力低。而且由于土的粘性，成孔过程中拔管会出现缩颈现象。2)灰土的作用:灰土挤密桩是将石灰和土以2∶8或3∶7的体积比混合，然后用机械压实的方法将孔内的土压实而成。这种混合材料具有空气硬度和水力硬度，在空气或水的条件下会形成凝结胶体，土壤的凝固性会随着年代的增长而增强。3)桩身作用:灰土挤密桩的变形模量约为桩间土的2 ~ 10倍，上部荷载会转移到挤密桩上，造成桩身应力集中，从而降低基础底部持力层的应力，消除持力层的压缩变形和坍塌变形。

三、设计的要求

灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基后，应通过现场单桩或多桩载荷试验确定地基承载力特征值。如果设计初期地基承载力特征值不确定，可参考相邻工程的相关土体物理参数，经分析后用于设计计算。但灰土挤密桩处理后的地基承载力特征值应不大于处理前地基承载力特征值的2.0倍，且不大于250 kPa。灰土挤密桩一般采用等边三角形布置桩孔，其设计计算一般包括以下几个方面:1)桩孔直径。应该是300 mm ~ 450 mm，可以用成孔设备或成孔方法来确定。2)桩孔间距。桩间距应为桩孔直径的2.0 ~ 2.5倍，或按下列公式估算:

其中s为桩孔中心距；d为桩孔直径；ρdmax为桩间土的最大干密度；d为地基处理前土壤的平均干密度；η为挤孔后桩间土的平均压实系数，重要工程取0.93，一般工程取0.90。压实系数η应计算如下:

其中，ρd1是成孔压实深度内桩间土壤的平均干密度。3)灰土挤密桩范围内，土和挤密桩的加固面积应大于建筑地基的加固面积，以保证地基的整体稳定性。4)桩长设计应考虑采用相对简单的方法对5 m以内的土层进行加固处理。一般加固15 m以上土层受成孔设备条件限制，处理深度一般为5 m ~ 15 m..5)对于桩孔内的填料，灰土挤密桩可选择与桩间土性质相近的黄土或附近开挖的黄土，桩填料可采用体积比为2∶8或3∶7的熟石灰与土混合土。

四、灰土挤密桩施工与验收方法

施工主要包括桩孔成型和桩孔夯实。成孔方法有沉管法(锤击或振动法)、冲击法和爆炸膨胀法等。成孔施工时，地基土应接近最佳含水量。如果含水量低于12%，就要加水，使土壤物理含水量达到最佳含水量。施工前期应对孔内土壤进行夯实，在合理的场地进行有代表性的夯实工艺试验，确定最佳夯实遍数、最佳填料厚度和最佳含水量。在夯击试验中，通过原位试验获得桩间土的干密度、孔隙率等物理参数。成桩后，应对灰土挤密桩处理后的地基质量进行抽样检查。抽样检验数量一般项目不少于总桩数的1%，重要项目不少于总桩数的1.5%。取样的主要内容包括:检查施工记录和桩间土的干密度检测。石灰挤密桩地基加固质量竣工验收时，应采用复合地基载荷试验检测加固或处理后的地基承载力，试验数量至少为总桩数的0.5%，且每个单项工程不少于3点。

总之，灰土挤密桩具有地基处理、深夯、局部材料、原位处理、造价低等特点，在湿陷性大的软土地区，采用石灰土夯实桩加固软土地基，可有效地消除土壤湿陷性，大大提高地基承载力。加快施工速度，缩短工期，降低造价，是目前较为成熟的处理软土地区湿陷性的有效方法，可广泛应用于湿陷性等软土地区。但在使用灰土挤密桩时，应综合考虑工程地质、水文地质、土壤含水量、干密度等因素，确保施工安全有效。

参考文献：

［1］张晓南．关于灰土挤密桩消除湿陷性黄土的方法和试验分析．2019．

［2］钱臻．灰土挤密桩桩间土挤密效果的理论分析与实验研

究．2018.