挤密灰土桩处理湿陷性黄土施工技术.docVIP

PAGE

PAGE2

挤密灰土桩处理湿陷性黄土施工技术

1.工程概况

西安至阎良高速公路是国道主干线(GZ40)二连浩特至河口陕西境内的一段，也是陕西公路网“米”字型骨架的一部分，全长39.24公里。海拔高度350—400米，属渭河及其支流的漫滩和阶地。

本单位施工的Ｄ合同段全长7.3公里

（ｋ15+200—ｋ22+500），合同段所经地段地基均为湿陷性黄土，厚度5—10米，湿陷系数约0.055，湿陷量较大，自重湿陷发生较缓慢，压缩性中等，天然平均含水量22%，天然容重1.745ｇ/cm３，液限18%，塑性指数25。

管段内通道工程（Ｌ≤８米）基础全部设计为3:7挤密灰土桩复合基础，桩径40厘米，桩距110厘米，桩长4.0米，共计3173根桩，

12692延米。ｋ15+200—ｋ17+380为晚更新世（Q4）冲积区，地下水埋藏较深，地基承载240kPa；k17+380—ｋ22+500为全新冲积区次生黄土，色褐黄＿黄褐，土质均匀致密，粉粒含量较大，大孔发育，地基承载力180—200kPa。

2.基本原理

2.1.湿陷性黄土湿陷的原因

2.1.1.湿陷性黄土的大孔性和多孔性是产生湿陷的内在原因

湿陷性黄土在其形成过程中，因当地气候干燥，土中水分不断蒸发，水中所含的碳酸钙、硫酸钙等盐类在土粒表面析出、沉淀、形成胶结物；此外，还有土粒间的分子引力、薄膜水和毛细水所形成的水膜联结。使得颗粒之间具有抵抗移动的能力，阻止土的骨架在其上覆土自重压力作用下可能产生的压密，从而形成肉眼可见的大孔结构和多孔性，使得土处于欠固结状态。

2.1.2.水和压力是湿陷性黄土产生沉陷的外部条件

黄土被水浸湿后，水分子楔入颗粒之间，破坏联结薄膜，并逐渐溶解盐类，同时水膜变厚，土的抗剪强度降低，在土自重应力或自重应力和附加应力的作用下，土的结构逐渐破坏,颗粒向大孔中滑动，骨架挤密，从而发生沉陷。

2.2.挤密灰土桩处理湿陷性黄土地基的基本原理

2.2.1.机械打桩成孔横向加密土层，改善土体物理力学性能。

采用振动桩锤或其他打桩机械将钢套管打入地层中，管周围地基土受到较大的水平向挤压作用，使地基土体积压缩约7%，且管周围一定范围内的地基土的工程物理性质得到改善，其密实度增加，压缩性降低，湿陷性全部或部分消除。通过试验计算确定满足基础荷载要求的有效影响范围，即桩距，使挤压程度满足基础荷载要求。

2.2.2.3：7灰土加固地基土作用机理

2.2.2.1.挤密加固

石灰吸收土体中的孔隙水，生成Ca(OH)２，体积膨胀，周围土体被挤密。

2.2.2.2.脱水加固

土体中的水被石灰吸收形成Ca(OH)２，使土体中的孔隙水减少；在形成Ca(OH)2的过程中放出大量的热，使未被吸收的水部分汽化，因此土体中孔隙水压力降低，土体加密，有效土压力增大，地基固结。

2.2.2.3.胶凝加固

石灰吸水后形成Ca(OH)2与土中的SiO2.AP2O3反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，使土体颗粒产生胶结，排列趋于紧密，同时桩与桩周土中的钠离子和钙离子进行交换，使土中的粘粒减少，从而改变了土的结构，提高地基强度。

2.2.2.4.桩身强度的生成

石灰吸水后形成Ca(OH)2,同时经碳化反应生成CaCO3使桩身变硬，且其强度、刚度随时间的增长而提高，提高地基承载力，减少沉降。

2.2.3.灰土桩与桩间挤密土合成复合地基，类似与灰土垫层。上部荷载通过它传递时，由于它们能互相适应变形，因此能有效而均匀地扩散应力，地基应力扩散的很快，在加固深度以下附加应力已大大衰减，无须坚实的下卧层。

2.2.4.本合同段湿陷性黄土含水量偏大，在22％左右，使用3:7灰土效果更佳。

３．施工技术准备

3.1.主要机具准备

3.1.1.沉管成孔机械

选用DZ45PS塔形滚筒平移式振动沉管桩机。该机使用DZ45型振动锤与ZJ40桩架相结合,利用振动锤和钢丝绳沉管。锤重4.5t，桩架主卷扬机功率11KW，采用四绳加压，最大静压力150KN,最大拔270KN，打设深度5～10米。

3.1.2.套管的加工与制作

套管的长度选定为7.55米,采用壁厚为1.5厘米的钢板卷制而成；内管的长度为6.5米，也采用壁厚1.5为厘米的钢板卷制而成。套管内径为40厘米（详细尺寸如图1）。

投料口在加工时设置插板，防止土进入内、套管之间。内管每隔50厘米设入土深度观测标记。

3.1.3.机械拼装（如图2）

图1套管、内管示意图

图2机械拼装图

3.1.4.计量磅秤经鉴定，并将黄土体积比折算成重量比，计量均匀拌合。

3.2.材料准备

3.2.1.石灰：粒径不大于5mm的熟石灰，其质量等级不低于Ⅲ级，活性的CaO．Mg