水泥土擠密樁復合基礎處理研究

劉福春

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼陽 111010）

水泥土擠密樁法是軟土地基加固處理的方法之一，是指用沖擊或振動方法，把圓柱形鋼質樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后進行水泥土物料的回填和夯實，從而形成直徑增大的樁體，并同原地基一起形成復合地基[1]。通常在強度低、易變形的濕陷性黃土地區應用較廣[2]，以往工程實例表明摻入水泥土擠密樁后能改善地基承載能力[3]。

選擇某客運專線DK663+209.07～DK665+839.75段作為研究對象，對不同里程的路基段進行相應的路基處理，包括施工工序及方法，對路基進行沉降檢測。在參考擠密樁在隧道基礎設計中改善黃土濕陷性的運用的基礎上，采用水泥土擠密樁加固地基[4]。

1 工程概況及水泥土擠密樁原理

1.1 工程簡介

某客運專線DK663+209.07～DK665+839.75線路位于山西省運城市鹽湖區、臨猗縣和永濟市境內，線路東起運城北出站端（DK653+500），向西跨越河津至運城公路（規劃），在永濟市北設永濟北站后至標段終點（DK701+924.11），標段全長47.683 km。

1.2 工程地質

沿線地貌單元位于涑水河一級階地、黃河三級階地。地勢開闊，地形較平坦，總體西高東低，北高南低。沿線出露地層主要有第四系全新統、上更新統為主，上部以第四系全新統沖積、上更新統沖湖積砂質黃土和黏質黃土為主，下部為第四系沖湖積粉質黏土、粉土、粉砂土、細砂層。

沿線所經地區水文地質條件相對簡單，主要分為地表水和地下水，地下水主要有第四系孔隙潛水、承壓水兩種類型。涑水河一級階地區：地下水位主要為第四系孔隙潛水，主要賦存于全新統沖積砂類土和黃土層中，地下水位埋深2～10 m。黃河三級階地區：地下水位主要為第四系孔隙潛水，主要賦存于上更新統沖積砂類土中，地下水位埋深一般大于10 m。沿線各河流地表水水質較好，對混凝土無侵蝕性。

1.3 水泥土擠密樁施工

1.3.1 水泥土擠密樁的作用機理

水泥土擠密樁是將水泥和土料在孔外充分拌勻然后回填孔內并強力夯實形成具有一定強度的水泥土加固體，在此過程中，水泥和土體發生了復雜的物理、化學反應，起到了夯實擠密作用[5-6]。

（1）膠結作用

水泥和土體攪拌后，通過水解和水化反應生成可持續硬化的水化產物，有的顆粒通過離子交換使小顆粒凝結，其余則通過水泥自身水解增強吸附性而進一步膠結。

（2）夯實擠密作用

在夯擊動力作用下土體結構會重新進行排列，體積壓縮，密度增大，形成夯實水泥土的密實強度。

1.3.2 樁間地基土的作用機理

水泥土擠密樁按照樁的成孔方式可分為擠土水泥土擠密樁和排土水泥土擠密樁兩種。類似灰土擠密樁的側向擠密[7]，水泥土擠密樁是利用振動沉管或沖擊成孔，由于成孔時的側向擠壓作用，使得樁間土得到第一次擠密，然后在樁孔內用水泥土拌合料分層夯填密實，夯填過程中，又對樁間土進行第二次擠密。排土水泥土擠密樁是采用人工洛陽鏟或鉆機成孔，在成孔過程中并未對樁間土造成擠密。然后在孔內分層回填水泥土拌合料并夯擊密實，僅在夯填過程中對樁間土形成擠密效應。

2 水泥土擠密樁的施工工藝

施工之前對各土層及夾層的強度仔細勘測，有針對性地選擇施工方式。水泥土擠密樁施工工藝流程為：成孔—制備水泥土一夯填成樁[8-11]。

2.1 成孔

成孔是水泥土擠密樁加固地基的第一步。根據成孔過程中取土與否，成孔可分為排土法成孔和擠土法成孔兩種，其中排土法成孔又包括洛陽鏟成孔、長螺旋鉆機成孔兩種，擠土法成孔又包括錘擊沉管成孔、振動沉管成扎、沖擊成孔3種。結合現場具體土質及巖層情況，本著針對突出、靈活結合原則，文章綜合探討洛陽鏟成孔與沖擊成孔。

2.2 水泥土回填夯實

在向孔內填料前，先夯實孔底。水泥土分層回填夯實，逐層以量斗定量向樁孔內下料，每層回填厚度280～320 mm，采用電動卷揚機提升式夯實機分層夯實。

(2015年徐州市中考數學卷第26題)如圖1，在矩形OABC中，OA=3，OC=5，分別以OA、OC所在直線為x軸、y軸，建立平面直角坐標系，D是邊CB上的一個動點(不與C、B重合)，反比例函數的圖象經過點D且與邊BA交于點E，連接DE．

在滿足密實度和夯實系數的要求下，通過工藝試驗確定施工機具的參數。夯填前測量成孔深度、孔徑?；靥詈粚嵅捎眠B續施工，各樁孔一次性分層回填夯實，不得間隔停頓或隔日施工以免降低樁的承載力。

應保證在碾壓面以下1 m范圍內，壓實度不低于0.9或地基系數K30≥80 MPa。沖擊碾壓中，保證最后5遍的沉降量不得大于1 cm；強夯施工中，為滿足夯實系數要求，由試夯所得夯擊次數與夯沉量關系曲線確定最佳夯擊次數，同時應滿足最后兩擊的平均夯沉量不大于50 mm，夯坑周圍不發生大的隆起。

2.3 褥墊層施工

（1）根據設計要求，對樁頭破除后的基底進行測量放樣，基底標高為-7.450 m，人工清理到設計標高，基底為卵石層。

（2）第一階段完成后，一次鋪設330 mm厚級配碎石，用壓路機一次壓實成型，壓實后標高為-7.150 m。碾壓時適當澆水濕潤，以利于密實，每層碾壓最后兩遍的沉降差應小于1mm。在基坑東面、南面、北面擋墻處，從550 mm高墻頂45°放坡回填級配碎石至壓實后褥墊層上面，嚴格控制好坡度。褥墊層壓實后，復核標高，統一到達設計要求-7.150 m后，方可進行下道工序施工。

3 地基處理數據分析

通過對路基處理前后試驗數據的處理分析，初步判斷路基的處理效果。路基試驗斷面共有4個，分別是DK664+160斷面、DK664+020斷面、DK663+400斷面、DK663+214斷面，文章僅對DK664+160斷面和DK663+400斷面進行數據處理和分析。

試驗數據包括飽和度、含水率、孔隙比、密度、塑限、液限、塑性指數、液性指數、壓縮模量、固結孔隙比、壓縮系數、粘聚力、內摩擦角、濕陷系數、干密度、顆粒分析。對于這些數據都進行了分析處理，此處只舉出幾個處理效果比較明顯且具有代表性的分析結果，包括含水率、塑限與濕陷性。

3.1 含水率

由圖1、圖2可知，斷面DK664+160土體取樣總體處理后的土體在各深度的含水率都有明顯的提高，平均幅度為3%。以3m深土體為例，該處的含水率提高幅度達到5%。在10m以下的較深的土層，含水率基本保持不變，處理前后的數值只有2%左右的波動。

圖1 DK664+160處各深度含水率

圖2 DK663+400處各深度含水率

在DK663+400斷面處理前后各深度土體取樣含水率基本不變，在12 m深的取樣區間，其含水率呈現出一種略微波動性的持平。含水率平均變化幅度大致為1%。以7 m深土體取樣為例，處理后的含水率比處理前高2%，3 m深土體取樣的含水率相比較處理后的含水率，反而比處理前的低1%。

3.2 塑限

由圖3、圖4可以看出，斷面DK664+160 m各個深度的塑限在處理前后變化很小，以4.5 m深為例，變化幅度僅1%左右。以6 m深度的取樣數據為例，處理前后塑限變化值達到最大的3%。整體分析塑限數值的變化，呈現較為一致的上下略微浮動，變化不大。

斷面DK663+400各個深度的塑限在處理前后變化很小，以5m深為例，變化幅度僅1%左右。以6 m深度的取樣數據為例，處理前后塑限變化值達到最大的2%。整體分析塑限數值的變化，呈現較為一致的上下微小浮動，取樣數值基本持平變化不大。

3.3 濕陷性

類似灰土擠密樁的改善效果[12]，由圖5、圖6可以看出，斷面DK664+160在較淺深度土體的濕陷系數有一定的降低，總體降低大致在0.03。以3m深的土體取樣為例，土體濕陷系數由處理前的0.06，降低0.02，濕陷系數的降低達到工程中對不良地基處理的目的。在6m及其以下較深土層濕陷系數的變化不明顯，幾乎為0。特別指出的是，該斷面在深度分別為1.5m、4.5m和7.5m處，由于缺少一些數據，參考價值不高。

圖3 DK664+160處各深度塑限

圖4 DK663+400處各深度塑限

圖5 斷面DK664+160處各深度濕陷性

圖6 斷面DK663+40處各深度濕陷性

斷面DK663+400在較淺深度土體的濕陷系數有一定的降低，約為0.05。以6 m深的土體取樣數據為例，土體濕陷系數由處理前的0.07，降低到處理后的0.01，濕陷系數的降低達到工程中對不良地基處理的目的。在7.5 m及其以下土體濕陷系數出現一些波動，數值為0.02左右，這可能是由于地基處理時的擾動引起的。特別指出的是，該斷面在深度分別為3 m、4.5 m、10.5 m和12 m處，由于缺少一些數據，參考價值不高。

4 結論

通過對處理前后地基含水率、塑限、濕陷性數據的對比分析可知：

（1）由水泥土擠密樁處理過的復合地基對濕陷性黃土的強度有明顯提高，能夠有效增強黃土地基的抗變形能力，但對塑限、地基深層的含水率影響不大，滿足了工程要求。

（2）豐富了在黃土地區的工程實踐經驗，對研究濕陷性黃土地質特性具有一定的參考價值。

（3）水泥土擠密樁處理地基應用廣泛，但對特殊環境、不同地質條件并存的情況還需更多探索。

參考文獻

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