中铁二十三局集团第二工程有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161000
摘要：某高速位于甘肃省东南部，该地区地层结构主要为湿陷性黄土。黄土自重湿陷量ΔZS 为 63～514.5mm 之间，总湿陷性ΔZS 为 221.4～937.6mm 之间；均为Ⅱ级以上自重湿陷性黄土，湿陷性等级较高，地基处理工程量大。设计灰土桩地基处理长度达到20万延米，设计工程量大、处理段落长，单根桩径400mm，桩长8m、10m。同时受地形地貌限制，多为深谷沟壑，起伏较大，施工作业区狭窄，故采用机械洛阳铲成孔，代替冲击钻成孔。采用洛阳铲成孔施工成本底，对施工作业面要求小，可多个作业面同时施工的优点。
关键词：湿陷性黄土；地基处理；灰土桩
引言
随着经济的发展，高速公路的建设对于地方经济的发展起到了关键性的作用。西北地区地处黄土高原，沟壑纵横、地形支离破碎、水土流失严重、黄土崩塌堆积物多、自重湿陷性黄土分布广、湿陷等级高。地基处理的质量决定着公路的使用年限。由于受施工环境限制，无法采用常规的沉管和冲击成孔的施工工艺，故采用洛阳铲成孔的方法既能节约成本，又不受地形限制，同时多个施工面可以同步作业，是湿陷性黄土地区灰土桩施工的典型范例。
1 概述
某某高速项目是我公司首次在西北地区施工的高速公路项目，受施工经验及地理环境的限制，施工难度较大，也是一次巨大的挑战。尤其是合同段内湿陷性黄土分部较广、湿陷等级高、地基处理工程量大等因素，对工程进度以及工程质量要求特别高。地基处理的质量和进度，严重影响着后续路基施工质量和进度以及运营后的使用寿命。因此灰土桩的施工进度及质量是关键。
2 灰土桩的特点及适用范围
灰土桩成桩过程中将土体横向挤密，能够使土体达到设计要求地基处理后的最大干密度指标，消除湿陷性黄土的自重湿陷性，提高路基的地基承载力，降低公路路基的沉降量；灰土中土选用机械洛阳铲钻桩出土，节省材料费，石灰选用Ⅱ级以上的合格石灰，该方法施工进度快、效率高。适用于加固湿陷性黄土地区软弱地基。
3 基本原理
先成孔后成桩。成孔后分层夯填按二八灰土从而构成桩体。钻桩及分层回填过程中，桩体及桩孔向四周扩张，使四周的土体产生横向压力，相邻桩体范围内的桩间土相互挤压密实，形式整体式复合地基。灰土桩形式的复合地基形式，可以消除湿陷性黄土的自重湿陷性，同时可以增加湿陷性黄土地段路基地基承载力以及减少路基填筑后的整体工后沉降。
4 施工工艺
4.1 施工工艺流程图
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4.2灰土挤密桩的构造及材料机具要求
4.2.1灰土桩桩径
根据合同段两阶段施工图设计，灰土桩设计桩径为400mm。
4.2.2设计桩长
根据湿陷性黄土的自重湿陷性不同，分布不同，本合同段内设计桩长为8m和10m两种。
4.2.3设计桩间距和排间距
桩孔按等边三角形布置，桩间距为1m。
4.2.4桩孔内的填料
石灰材料应选用Ⅱ级以上合格消石灰，MgO+CaO含量不宜过低，一般情况≥60%，颗粒直径应小于5mm，原料中有机质含量不大于5%。不得加有未熟化的生石灰块粒及其它杂质，也不得含有过多水份。本项目选用华亭县银峰实业有限责任公司生产的钙质消石灰。
土料中有机质含量不得大于5%，且颗粒直径应小于15mm，土料中不得夹有碎砖、瓦块或石块，其他各项指标符合规范要求。本项目土料选择挖出的钻桩土。
灰土混合料采用灰土站集中拌合，消石灰与土的体积配合比为2：8将拌合好的灰土覆盖闷料，保证混合料的含水率以手握成团，两指轻捏即散为宜。
4.2.5成孔机具
灰土桩桩采用机械洛阳铲进行成孔。
4.2.6夯实机具
夯实机具利用既有洛阳铲机械进行改造，灰土桩成孔后，将铲头更换为夯锤，形成卷扬机提升式夯实机，夯锤用铸钢制成，重量约0.3t，其竖向投影面积的静压力不得小于20kPa。夯锤的直径应小于桩径15cm，以便填料过程中通过夯锤向四周挤压。
4.3 主要施工工艺
4.3.1洛阳铲成孔方案
⑴机械洛阳铲施工优点
采用洛阳铲机械进行灰土挤密桩钻孔相对比冲击、爆破、沉管等施工工艺，所需施工作业面范围小，施工效率高，且不受场地局限性限制，可多台设备同步作业，同时减少了不必要的施工工序，挖出的钻桩土可继续利用，也避免了对周围环境造成污染。
⑵洛阳铲施工技术原理
先进行桩位放线，然后机械就位按照设计桩位进行施工。在施工过程中利用洛阳铲卷扬机提升铲头，通过铲头自重下落冲切土体，进行闭合抓土，提升至既有地面进行卸土，重复循环成孔。
⑶施工方案
1）施工准备
采用推土机和装载机进行场地平整，场地平整后，由测量队根据施工图进行桩位放样，加固宽度为路基坡脚外2m，桩点采用撒白灰插筷子的方式进行标记。
2）洛阳铲就位
洛阳铲先进行就位，然后调平洛阳铲机座，利用洛阳铲机具架身的前后中垂线检查塔架导杆，使铲头垂直对准桩位的中心，防止偏心，确保灰土桩垂直度偏差不大于1%。检查钢丝绳的垂直度是否满足要求，钢丝绳、铲头等部位连接是否牢固、运转良好。
3）钻孔作业
洛阳铲钻进时，要保持匀速下降，保证铲头在下落时不产生摇晃现象，如钢丝绳摆动过大或铲头摇晃时，应停止下落，及时进行纠偏，防止产生偏斜。洛阳铲钻进过程中，采用测绳进行量测，确定钻进深度，当成孔深度达到设计桩长时，保持机械稳定，将铲头底面停留在桩孔底部，拉直钢丝绳，在孔口所对应钢丝绳位置用红油漆进行标记，作为后续洛阳铲钻孔施工时控制孔深的依据。
钻桩施工顺序应按照先施工最外排桩，后里排桩的顺序进行施工，同排桩最少间隔2个孔位进行施钻，为避免造成相邻灰土挤密桩缩孔或塌孔，采取分排、分段方法进行施工。成孔后将铲头更换为夯锤，对已成孔的桩底进行夯平、夯实，夯实次数不得少于12击，夯实后应立即夯填灰土。
4.3.2分层回填施工
灰土料应提前进行拌合，拌合比例石灰与土的体积比为2：8；灰土挤密桩桩体应分层回填，分层夯实，每层回填厚度不大于30cm，夯锤起落高度应超过2m，且每层夯实遍数不少于10锤。在回填灰土夯实的过程中，采用人工进行回填灰土，将拌合好的灰土用铁锹随夯随填，保证每回填两铲进行夯击一次，均匀的向桩孔回填灰土并夯实。为保证桩体质量，桩顶标高应高出设计标高15cm，挖土时将高出部分产出。
4.3.3检测
⑴压实度（重型击实）：桩体内的平均压实度不小于97%；桩间土的压实度不小于88%。
⑵湿陷性黄土路段：桩长范围内湿陷性系数小于0.015。
4.3.4 铺设垫层
桩体压实度检测合格后，桩顶铺设0.4m厚的8%灰土垫层，灰土垫层应分层填筑、分层碾压。灰土垫层施工完毕后进行压实度检验，平均压实度不小于96%。
5结束语
实践证明，本文所论述的施工方法具有成本低、工期短、见效快的特点。在实际施工生产过程中，尤其在湿陷性较高的黄土区域公路地基处理中，只要严格按照高速公路规范、设计图纸、安全规则进行施工，采用本方法将会起到非常安全、高效、经济的作用，可作为在湿陷性黄土地区进行灰土桩施工的主要施工方法。
参考文献：
[1]《甘肃省甜水堡（宁甘界）经庆城至永和（甘陕界）公路TY13合同段两阶段施工图设计 第二册》
[2]《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）
[3]《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）
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[5]《公路工程质量检验评定标准第一册（土建工程）》（JTG F80/1-2012）