湿陷性黄土地基柱锤冲扩桩施工工艺应用

亢 剑

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，对建筑物危害性大。因此，在湿陷性黄土场地上进行建设，应根据湿陷性黄土的特点和工程要求，因地制宜，采取以地基处理为主的综合措施，目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。

1 工程概况

1.1 工程简介

本工点为低山丘陵区，地形起伏较大；线路以浅路堑通过，地势较为平坦。

1.2 工程地质情况

地层分布为：新黄土：黄褐色，坚硬～硬塑，层厚8.5～15 m，垂直节理发育，针状空隙发育，具湿陷性，σ0=130 kPa，局部夹粗圆砾土；圆砾土：青灰色，稍湿，稍密，砾石主要成分为灰岩、砂岩、硅质岩等，呈浑圆状，σ0=300 kPa；老黄土：褐红色，坚硬～软塑，层厚20～24.50 m，局部含少量粗砂及细砾石，σ0=200 kPa。

1.3 设计概况

地基处理采用柱锤冲扩桩，桩径0.4 m（分层填料夯扩后桩径不小于0.5 m），间距0.9～1.0 m，正方形布置，桩长13～16 m不等。桩身材料采用水泥土混合料，填料水泥掺入量应不小于8%（重量比），桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数不应小于0.93，4个孔之间土的最小挤密系数不小于0.88，桩体内的平均压实系数不应小于0.95，成孔挤密后的桩间土湿陷系数小于0.015，复合地基承载力不小于250 kPa。

2 柱锤冲扩桩工艺性试桩

2.1 试桩目的

一是通过试验段复核现场实际地质与设计地质是否相符；二是选用的钻机型号是否适合该地质情况的柱锤冲扩桩施工；三是对柱锤冲扩桩施工工艺的验证；四是验证处理后的桩间土密实度，是否消除湿陷性。

2.2 地质复核及工艺选择

首先现场进行了地质钻探复核，钻探结果显示，在设计桩长范围内，自上而下的土层分布情况与设计提供的地质资料基本一致。考虑到上层黄土的平均天然含水量在12%～19%，且附近无建筑物，桩长均在16 m以内，现场初步确定采用落锤沉管法挤密成孔，此方法优于预钻孔工艺，同时相比长螺旋钻机施工可以降低施工成本。

2.3 成桩工艺

2.3.1 试桩布置

工艺性试桩共设4根（桩间距均为1 m），选定在毗邻正线的线外区域进行，其桩位布置见图1。

图1 桩位布置图（5号孔为桩间土挤密系数检测）

2.3.2 成孔工艺

成孔采用落锤沉管法挤密成孔，由DD25型导杆式柴油沉桩锤，桩架高15 m。桩管由Ф377 mm无缝钢管制成，在桩头处加箍至Ф420 mm桩尖带有活动桩尖，拔管时可透气。桩孔夯填采用柱锤打桩机，夯锤直径28 cm，锤重4.2 t。成孔后清底夯实、夯平，夯实次数不小于8击（落距3 m），以提高桩端土层的密实性。对成孔进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查，合格后进行下道工序施工。成孔时地基应接近最佳含水，当土的含水量低于10%时，应对处理范围地基土进行增湿处理。

2.3.3 水泥土拌制

水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥土配合比为水泥∶干土=8∶100，水泥土最大干密度为1.70 g/cm3，最佳含水率为15.7%。水泥土拌制采用WDT-180型稳定土拌和机集中拌制，保证水泥土的配比计量，在拌和过程中，控制水泥土的含水量接近最优含水量。土料中有机质含量不得超过2%，不得含有冻土或膨胀土，使用时应过10～20 mm筛，混合料的含水量满足最优含水量，允许偏差不得大于±2%。同时，水泥土拌制要求随拌随用，已拌成水泥土不得超过4 h或隔夜使用。

2.3.4 水泥土回填夯实

桩孔夯填采用柱锤打桩机，夯锤直径28 cm，锤重4.2 t，落距2 m。填料采用小推车计量，回填7车的虚填厚度约为1 m，4个桩每虚填1 m夯实次数分别为3击、4击、5击、6击，以确定最佳的夯击次数。桩顶夯填高度应大于设计桩顶高度0.2 m，垫层施工时应将多余的桩体凿除，桩顶应水平。

施工工艺流程图见图2。

图2 施工工艺流程图

3 柱锤冲扩桩试桩检测

（1）桩体内压实系数检测：在全部孔深内每2 m采用钻机取样测定干密度，检测点的位置在孔心附近。检测结果显示4根桩的压实系数，见表1。

表1 4根桩的压实示数

（2）桩间土处理效果检测：在桩间土成孔挤密形心（5号孔）位置，按成孔挤密深度采用钻机每2 m取样进行湿陷性试验，经实际检测，其平均挤密系数为0.95，且4个孔之间土的最小挤密系数为0.89，形心处桩间土湿陷性系数均小于0.015，湿陷性消除或降低，符合设计要求。

（3）复合地基承载力检测：采用静载试验，试验压板采用圆形钢板，压板面积1.0 m2。经现场检测该区域地基土承载力特征值不小于250 kPa，满足设计要求。

（4）通过试桩试验，所选的机械设备，施工工艺能够满足施工质量的要求，并确定了夯填时每虚填1 m锤击5次（锤重4.2 t，落距2 m）的施工参数。

4 施工注意事项

（1）成孔宜在地基土接近最优(或塑限)含水量时进行。当土的含水量低于12%时，特别是在整个处理深度范围内的含水量普遍很低时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿。增湿处理应在地基处理前4～6 d内，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀地浸入拟处理范围内的土层中。

（2）施工过程中，应做好成孔及回填夯实施工记录。如发现地基土质与施工图不符，应立即停止施工，待查明情况或采取有效措施处理后，方可继续施工。

（3）雨季或冬期施工，采取防雨或防冻措施，防止灰土和土料受雨水淋湿或冻结。水泥土拌制根据回填要求随拌随用，已拌成水泥土不得超过6 h或隔夜使用，被雨水淋湿、浸泡的水泥土严禁使用，按作废处理。

5 结束语

（1）重锤沉管机施工，成孔垂直度好，成孔工艺简单，成孔过程中对桩间土进行挤密，地基处理效果最佳，缺点是地基处理深度受限。柱锤冲扩桩工艺较适用于天然含水量不大于24%、饱和度不大于65%的地层。

（2）柱锤冲扩桩处理湿陷性黄土地基需要通过工艺性试验确定施工工艺，现场可以通过调整不同柱锤重力、落距调整夯能进行比较，进一步提高处理效果，降低施工成本。

（3）对比长螺旋钻机和机械洛阳铲成孔，重锤沉管法在成孔过程中对桩间土进行1次挤密，夯扩过程中进行两次挤密，桩间土的挤密系数优于其他两种工艺，在天然含水量和饱和度较小的地层、对附近建筑物没有影响的地段应优先考虑重锤直接夯击成孔工艺。

[1]铁建设［2010］241号.高速铁路路基工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社，2011.

[2]高速铁路路基设计与施工.北京：中国铁道出版社，2008.

[3]刘好正.挤密桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的应用［J］.铁道标准设计，2010（10）.