灰土挤密桩的施工分析

灰土挤密桩的施工分析

王龙

河北建设勘察研究院有限公司岩土公司河北省石家庄050031

摘要：在回填区，杂填土、粉质黏土和湿陷性黄土地区，灰土挤密桩复合地基具有着广泛的市场，其原因无外乎是经济适用，操作简便成本低廉，这种施工工艺实现了以土治土，做到了最大的节约。本文就是经过实践简要的论述了灰土挤密桩的施工成因及注意事项。

关键词：灰土挤密桩；成孔挤密；含水率；粘聚力

灰土挤密桩复合地基在黄土地区、杂填土及粉质黏土等地区采用广泛，是一种用灰土分层夯实桩体，形成增强体，与挤密的桩间土一起组成复合地基，并共同承受基础的上部荷载。灰土挤密桩复合地基中的灰土挤密桩具有置换作用，但其主要作用是挤密作用，在其成桩过程中，通过对桩间土施加横向的挤压力，以挤密桩间土改变其物理力学性质，并与分层夯实的桩体共同形成复合地基。在湿陷性黄土地区，经常就地取材，使用现场开挖的黄土与石灰按照一定的比例混合均匀，填入桩孔中，通过夯击挤密以达到消除黄土湿陷性的目的。

黄土在我国西北地区分布广泛，湿陷性是其最显著的特征之一。在黄土形成湿陷性自身的众多影响因素中，黄土的干重度和孔隙比对黄土湿陷变形影响最为显著。当在相同的外界作用条件下，湿陷性黄土越密实，即其干重度越大，孔隙比越小，则湿陷变形就越小。所以灰土挤密法通过加密土体，增大干重度，减小孔隙比，消除黄土的湿陷性就变成了切实可行的施工工艺，且在西北等地的地基处理中极具可行性。

灰土挤密桩成孔施工可采用沉管、冲击、爆扩和预钻孔等方法。土料宜选用粉质黏土，土料中的有机质含量不应超过5%，且不得含有冻土，渣土垃圾粒径不应超过15mm。石灰应选用新鲜的消石灰，粒径不应大于5mm。消石灰的质量应合格，有效氧化钙和氧化镁含量不低于60%。

灰土挤密桩在成桩过程中对地基承载力的提高可以分为三个方面。

一、成孔挤密作用

在沉桩成孔过程中，对桩间土挤密作用随成桩工艺、地基土工程性质不同而不同。对非饱和土，或渗透性较大的土，成孔挤密效果好。对于一般的粘土和粉土，大体上桩间土强度可提高10%--50%，对杂填土强度可提高1—2倍。

二、胶凝、离子交换和碳化作用

生石灰经过消化后，方可与土拌合成夯填料，夯填料中的氢氧化钙在地下水中的溶解度随温度升高而降低，此时氢氧化钙因过度饱和而沉淀，在地下水中部分形成胶体，但它并不稳定，经再结晶后构成结晶使之紧密胶结而具有较高强度。同时，桩周围的氢氧化钙与空气接触化合生成碳酸钙，碳酸钙结晶又与氢氧化钙结晶重合，经过这种过程，使得桩周形成强度较高的硬壳层。

三、置换作用

在地基中设置一定强度和刚度的桩置换软弱的土，形成复合地基可以提高地基承载力和改善变形特性。

灰土挤密桩优点众多，但在施工中也存在一些弱点，如施工地基土的含水率的大小，石灰与黄土或粉质黏土的最优配比，原材料石灰的选用等。

当采用灰土挤密桩处理地基时，应使地基土的含水量达到或接近最优含水量。地基土的含水量小于12%时，应先对地基土进行增湿，再进行施工。当地基土的含水量大于22%或含有不可穿越的砂砾夹层时，则不宜采用灰土挤密桩。《复合地基技术规范》中给定的灰土的配合比宜采用2：8或3：7（体积比），含水量控制在最优含量±2%以内。在很多含水量、含灰量与桩体内粘聚力大小关系的实验中表明，含水量较小时，粘聚力随含灰量的增大而增大，含灰量过大时，粘聚力随含灰量的增大而减小。石灰含量的多少直接影响着凝聚力的大小。另外，含灰量越大，最大粘聚力对应的含水量也越大。这其中的原因是，当石灰含量较小时活性氧化钙浓度不够，经过熟化后与拌合料中水反应不充分，生成颗粒之间的结晶连接少，因此粘聚力小；当石灰含量过多时，过多的石灰未经反应而降低颗粒之间的联结强度，因而凝聚力减小。因此才出现以上结果。

同样龄期对粘聚力的影响也比较明显。对于灰土挤密桩来说，在初期灰土的粘聚力随时间的增长变化比较迅速，而当经过一个月以后，灰土的粘聚力随时间的增长而增长的趋势逐渐变缓。

而施工原材料的选用，则是为了防止填入桩孔内的灰土吸水后产生膨胀，才不得使用生石灰与土拌和。应该使用消解后的石灰与黄土或其他黏性土拌和，石灰中富含钙离子，与土混合后产生离子交换作用，在短时间内便成为凝硬材料，因此拌合后的灰土放置时间不可太长，并宜于当日使用完毕。

由于石灰的一些特性，灰土中也经常掺入其他材料以提高灰土桩的稳定性。通常情况下灰土的水稳定性可以用其饱和状态下的抗压强度与普通潮湿状态下强度之比即软化系数表示，灰土的软化系数一般为0.54---0.90，平均约为0.70。由于灰土具有一定的水硬性，在高含水率的土中或处于地下水位以下的灰土仍可以硬化和发展强度，决定灰土水稳定性高低的因素是灰土的质量和在土中的约束条件。有实验表明，在空气中养护2—3天的灰土试件，拆模后放入水中不会溃散，若灰土试件在周围约束条件下，压实成型后立即放入水中养护，其强度仍能增长而不溃散。为了提高灰土的水稳定性，除了严格控制灰土的施工质量外，也可以在灰土中掺入一定量的水泥，可以提高其软化系数，保证灰土桩在水中的长期稳定性。

最后就是桩身质量的控制和检验。在施工进行成桩时，孔内的填料应分层回填夯实，填料的平均压实系数不应小于0.97，其中压实系数最小值不应低于0.93。对于桩孔夯填质量的检验，是灰土挤密桩复合地基质量验收的主要项目。宜采用开挖探井取样法检测。由于挖探井取土样会对桩体和桩间土造成一定程度的扰动和破坏，因此选点应具有代表性，并保证检验数据的可靠性。在取样结束后，对探井应分层回填夯实，对于压实系数的要求仍不应小于0.94。

参考文献：

[1]潘卫东；灰土桩复合地基法处理湿陷性黄土地基的理论与实践；硕士论文；2004.06

[2]董玉文，张伯平；养护期龄对灰土工程性能的影响实验研究[J]；重庆建筑大学学报；2002.24（3）38-42

[3]韩晓雷等；灰土强度影响因素研究[J]；岩土工程学报；2002.24（5）667-669