灰土挤密桩技术在高速公路的应用
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摘要：针对地基承载力具有较高要求，为解决湿陷软土地基施工后建筑载荷导致沉降不均情况，应注重地基承载力加强。在高速公路施工中应用灰土挤密桩技术，能够保证土层处理效果，便于施工操作，经济性优势明显。从工程实际出发，在分析灰土挤密施工技术特点的基础上，研究了灰土挤密桩施工工艺，进而提出了高速公路实际施工中质量控制要点，以期为类似高速公路地基处理提供参考。
关键词：灰土挤密桩；高速公路；地基处理；承载力加固
国内高速公路施工建设中常遇到黄土高原、丘陵等地形，此类地形多为湿陷性黏土、黄土等软土地基，如未经过专门的地基处理，会引起地基承载力下降，导致地基出现不均匀沉降现象[1]。灰土挤密桩技术作为一种有效的软土地基处理技术，实用性强，应用范围较广，它主要通过对软土层夯实操作，提升软土层地基承载结构能力，进而提升高速公路使用稳定性。本文对灰土挤密桩技术的实际应用展开探讨，着重分析灰土挤密桩技术技术原理、施工工艺及施工质量控制。
1灰土挤密施工技术原理与功效
1.1灰土挤密施工技术原理
灰土挤密桩技术的应用对象主要是软土地基，其实现原理主要通过打桩机等特殊机械设备，在高速公路软土地基取桩孔点位，利用高性能石灰等材料完成桩孔回填。通过特殊工艺对软土层实施夯实操作，从而建立新形式的复合型地基结构，以提升土基密实度及结构强度，进而实现路基承载力和稳定性加强目的[2]。灰土挤密桩技术的夯实操作工序，主要通过填充处理桩体周边缝隙，增强路基密度结构，提升路面平整程度，避免动载荷引起公路表面不均匀沉降变形。灰土挤密桩技术优势明显，可根据施工环境就地取材，利用特殊工艺对路基实施深层次压实，实施效果好，投资费用低，适用性强[3]。灰土挤密桩技术地基结构如图1所示。
1.2灰土挤密施工技术功效
利用灰土挤密桩技术是对软土地基进行工艺处理，最终建成一种复合型地基结构，建成后可实现如下功能效果。1.2.1提高桩体承载作用力灰土挤密桩技术处理后路基桩体具有较好的刚度，在承受车辆动载荷作用过程中，会通过桩体进行受力集中承载，以减少软土层动载荷承载，实现整个软土层动载荷受力的均匀分担[4]。1.2.2建立垫层结构经过灰土挤密桩技术处理的软土路基土层同桩体之间，会建立成一种复合型路基垫层结构，通过牢固的路基垫层结构可使承载力加强，进而提升路基的结构稳定。1.2.3排水固结功效灰土挤密桩技术中使用的灰土材料具备良好的防渗效果，在高速公路遭受积水侵蚀过程中，灰土材料能够实现良好的防积水渗入功能，进而使路基整体结构免受破坏。在路基受动载荷挤压时，可利用结构空隙及时排出积存积水，保证路基的稳固效果。1.2.4提升挤密效果实施灰土挤密桩技术过程中，挤密桩桩孔成型挤压作用于软土层，使得软土密度持续增加，缝隙持续减少。与此同时，石灰材料吸水产生膨胀发热，进一步提高了软土路基密实程度。
2灰土挤密桩技术实工工艺
2.1路基湿陷类型辨别
对实际施工黄土湿陷地质种类取样，并在实验室评测辨别，以70mm为界定标准。如果测得软土自重湿陷值高于70mm，则测定此软土土基为自重湿陷性黄土地基；如果测得软土自重湿陷值低于70mm，则测定此软土土基为非自重湿陷性黄土地基。测定后，配合使用土基压缩实验，通过钻芯取样实验得出实际自重湿陷值，并确定软土路基的湿陷类型。
2.2选择适宜成桩技术
灰土挤密桩技术按照成孔模式的差异大体可分为两种，即钻孔夯扩桩挤密成孔技术和直接挤密成孔技术，实际施工选择应根据实际软土路基含水量的高低加以确定。钻孔夯扩桩挤密成孔技术主要应用于含水量高的软土路基，其实施过程振动频率小、产生噪声低，在减少缩孔和回淤情况发生方面优势突出。直接挤密成孔技术是将软土地基利用冲击沉管的模式完成挤压操作，进而构建桩孔，完全挤压密实桩内部土层后，再分层夯实填料，直至软土含水量符合标准后建成桩孔。
2.3配备实工用料
灰土挤密桩技术实施过程可就地取材，其实工主材为土料和石灰，通过将二者混合充分建立形成胶泥效果，以提升灰土挤密桩一体化结构刚性。根据高速公路施工实际确定施工材料的标准、配比和数量。保证有机黏性土比例小于5%，塑性指数大于4。正式施工前3天应将石灰消解后筛分，保证土料的最大粒径不大于5mm，并将冲洗完成的杂质及时清除。
2.4挤密桩位置放样
桩位置放样正式实施前，应及时清理施工场地杂物。然后进行场地整平处理、地基压实，以提升路基承载力。实际桩位放样施工时，应严格遵照桩位平面规范设计图实施，准确标定施工标号和工序次序，利用全站仪设备，将桩置偏离误差在控制在5cm范围内。桩位置点放样模式选择梅花桩形式，根据装位置点实施石灰布散。桩位放样操作完成立即检测放样效果，如果误差值超出限定范围，应及时进行纠偏操作。
2.5实施成孔操作
实施成孔前，应先在实验室完成成孔灰土挤密桩测试，根据测试数据评测灰土挤密桩结果，进而建立科学的技术应用方案。为了提高实验精度，通常应选择不少于3个成孔进行测试。成孔挤密操作方式可选择冲击法、沉管法、爆扩法等，具体成孔方式应参考实际施工场地路基地址情况和土质特征确定。如应用冲击方式成孔，应将沉管机械运至制定位置加以固定，确保桩身位置符合标准，并将垂直度调整至误差范围低于1.5%。
2.6材料搅拌及运输
根据施工材料设计配比确定施工材料用量和掺量。将材料混合搅拌充分且均匀，确保颜色统一且协调，避免出现较大色差。搅拌时掺入适宜水分，保证最优含水率差异在1%范围内，如含水率偏高会引发花白料现象，含水率偏低则会对施工现场造成污染。填装材料搅拌完成后，利用专业运输车辆实施装运，并实施必要的防护处置措施，避免因水分散失或温度变化使材料的使用性能下降。
2.7填筑夯实桩孔
根据灰土挤密桩技术施工设计标准，检测其垂直度、孔径等参数指标，严格控制成孔质量。为有效避免缩孔情况发生，要将孔底夯实充分，合理处置松散土质，科学计算最优夯实次数。根据设计标准完成填筑夯击。为保证标高参数满足设计要求，应在桩孔下料时配合使用量斗完成，且注意保证分层回填的单层厚度小于0.4m。利用夯实机械进行夯实操作时，应做固定处理，禁止产生移动或倾斜。操作人员应对施工参数进行及时记录，以为后续的验收、维护工作提供操作依据。桩体成型完成应立即检查桩体实施效果，如果质量不符合设计要求，应及时进行调整处理。
2.8挤密桩成型养护
灰土挤密桩填筑夯实成型后，应及时进行铺盖塑料膜实施养护处置，养护时间约为1周。养护时要避免温湿度变化起伏过大，并采取必要的交通管制措施，以面非必要人员及车辆驶入而造成养护施工场地遭受破坏。
3灰土挤密桩技术在高速公路施工的质量控制
3.1灰土挤密桩技术实施前质量控制
灰土挤密桩技术正式实施前，应完成设计图纸会审及设计材料交底工作，制定材料进场设计，审核施工机械规范性等。其重点质量控制工序可归结为：试桩、软土含水量测试、合理选择夯实机械等。3.1.1试桩试打桩质量控制主要用于检验施工器材可否满足施工工艺设计需求。试桩通常按打孔、检验成孔、填充灰土、检验厚度、灰土夯击、检验成桩的顺序完成，并在一系列操作中验证施工机械的协调性[5]。通常试桩布置方式选择方阵模式排列，以4×4试桩方阵为例，配备2台夯实机和1台打桩机，夯实遍数为5次左右。利用履带式打桩设备冲孔，控制7:3土灰比土料填充，确保有机质含量不大于5%，灰土直径小于15mm。石灰质量检验合格后，过筛处理消石灰，石灰直径应小于5mm。利用机械搅拌保证设计土灰配比。布桩示意图如图2所示。3.1.2软土含水量测试高速公路施工场地软土取样至实验室，以7:3土灰比夯击，实现含水量控制，确定最优压实系数。在保证土质达到最优含水量的前提下，才可进行夯实填充施工。3.1.3合理选择夯实机械高速公路施工通常选择轮式夯实设备完成桩孔填料夯实处理，设备直径应低于桩孔直径10cm，落距3m，操作时保持稳定，夯锤与孔对准自落孔底。填料前先夯实孔底软土，然后通过三锨五锤的方式分层夯实填充。在此过程中应保证土质最优含水量，夯锤落距保持约为70cm，夯击频率约为26次/min，到孔口3m位置应增加夯击频率，同时控制填料速度。
3.2灰土挤密桩技术实施过程质量控制
在高速公路工程应用灰土挤密桩技术时，应重点控制桩材料处置、成孔及夯填成桩工序。3.2.1控制桩材料处置填充灰土经过实验室土灰比检验及夯击验证后，得到最优含水量和最大干容量参数。土灰比按7:3搅拌充分、均匀，确保色泽统一。控制含水量，使其与最优值偏差在±3%范围。单次灰土搅拌量不宜过多，在保证填充连续性的同时做到随搅随用。3.2.2控制成孔处置本文以沉管方式为例进行说明。利用打桩设备由内隔孔操作完成成孔，将桩孔垂直度偏差控制在1.5%范围内。根据桩长控制桩机的移动速度，以防止机身失稳，将桩深偏差值控制在±30cm区间范围内。桩机移至指定位置后，校验垂直度，起吊桩管，对准桩位缓慢下桩锤。操作时保证桩锤、桩管及桩尖处于同一铅直线，利用锤击动载荷将桩管夯击进入土中。通过桩环扩孔，以便于桩尖定位。成孔施工过程中应控制孔深、回填土深、成孔形状及垂直度，如不符合标准应及时采取措施纠偏。成孔施工图如图3所示。3.2.3控制夯填成桩夯填成桩应严格按照底夯、灰土搅拌、填充、夯击、成桩的次序实施。底夯的功能是处理因拔桩引起的回落土回填灰土前应先夯实孔底回落土，防止出现吊脚桩现象。夯填机械安装完成后，检验机械确保其符合使用要求。根据设计要求完成夯填，保证成桩压实系数大于0.96。控制下料的均匀性和速度，单次下料厚度应不大于30mm，并定时对夯填质量进行检查。
3.3灰土挤密桩技术实施后质量控制
高速公路灰土挤密桩实施结束后，应利用环刀取样法及时检查夯实质量。通过人为成孔的方法对桩边开孔操作，利用环刀在孔心挖孔约1m处取夯实土样，检测土样密实度和干密度是否符合标准。及时铲除破损的桩头，利用7:3土灰比灰土填筑覆盖压实，建立复合地基垫层，并对复合地基进行适当的保护处理，加盖0.3m厚的素土，直至开始基础施工时铲除。
4结语
高速公路施工中常遇到软土地基环境，如处理不当会引起地基承载力下降、地基不均匀沉降等施工质量问题。灰土挤密桩技术作为一种有效的软土地基处理技术，实用性强，应用范围较广，它主要通过对软土层夯实操作，提升软土层地基承载结构能力，进而提升高速公路使用稳定性。本文基于高速公路工程实际，在分析灰土挤密施工技术特点的基础上，探究灰土挤密桩施工工艺，着重分析了高速公路实际施工中质量控制要点，以期为类似高速公路地基处理提供借鉴。
作者：李成 单位：中铁十九局集团广州工程有限公司