素土挤密桩处理超高填方下深厚湿陷性黄土地基的试验研究

素土挤密桩处理超高填方下深厚湿陷性黄土地基的试验研究

张道超

中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司  陕西西安 710054

摘要：素土挤密桩作为现阶段深厚湿陷性黄土地基处理的成熟工艺，能够有效提升地基土密实度，控制地基土孔隙率，消除地基湿陷性，提升地基承载力，切实满足超高填方地基的施工建设要求。文章结合相关项目案例，开展系列试验，论证素土挤密桩技术在深厚湿陷性黄土地基处理方面的技术优势，把握施工重点，细化施工流程，形成规范化、高效化、系统化的施工体系。

关键词：素土挤密桩 ；深厚湿陷性黄土 ；超高填方 ；施工试验 ；施工举措

前言

湿陷性黄土地质均匀、结构松散、孔隙发育，受到水体侵蚀后，土壤整体强度下降，压缩性较大，极易出现变形、沉降等问题，造成建筑物倾斜、裂缝，引发安全风险。为科学应对湿陷性黄土对正常施工建设活动的影响，施工团队在整个项目周期内，要选择合理的工艺方案，旨在降低处理成本，保证处理效果。素土挤密桩处理工艺原理简单，成本造价较低，在很大程度上满足了湿陷性黄土地层处置要求。

1.施工项目概述

立足相关施工范例，分析湿陷性黄土处置经验，归纳素土挤密桩应用要点，引导施工企业转换思路，把握要点，为后续工艺试验和工艺应用奠定坚实基础，提升素土挤密桩应用效果。

该建筑项目位于长丰南路与鸿基路十字东南角，场地地势较为平坦，勘探点高差在691.85m到705.00m之间，最大高度差达到13.15m，通过系统勘探，施工区域属于黄土塬，属于中朝准地台（一级构造单元）上的鄂尔多斯台向斜（二级构造单元）东南缘渭北隆起带（三级构造单元）。近东西向的渭河地堑切割了鄂尔多斯台斜向与“秦岭地轴”（二级构造单元）之间的固有联系，使铜川地区形成具有地台与断陷构造过渡性质的叠瓦式断块和南升北降的断阶；在地貌上形成南部、西部低山与该区的残原梁峁。铜川新区位于该区域地质构造的东南缘渭北隆起带（三级构造单元），地貌单元属黄土塬，上述区域地质构造对建筑场地无影响。结合勘探过程中获取到的各类数据，施工区域黄土层厚度较大，自上而下依次由人工填土（Q4ml），第四系上更新统风积（）黄土及残积（）古土壤、中更新统风积（）、黄土及残积（）古土壤等组成。根据各层土的地层岩性，时代成因及工程性质不同，将地基土自上而下分为10个工程地质层，各地层基本情况如表1所示：

表1施工区域地层与岩性特征统计表

施工团队根据《土工试验方法标准》等技术规范对整个地层开展力学分析。从分析结果来看，该项目施工区域内的②-⑨层土具湿陷性，湿陷性黄土分布范围较广，厚度较大。同时组织技术人员对地层开展地基承载力分析，将其作为地基施工方案选择、设计以及应用的数据支撑，切实提升地基处理质效。勘测地层中②-⑨层土壤承载力特征值fak如表2所示：

表2 地层承载力特征值统计

从地层承载力特征值分析来看，施工区域承载力低于200kPa，属于典型的湿陷性黄土地层，施工难度较大。为应对这种局面，施工企业综合现有技术手段，结合区域土壤状态，引入素土挤密桩处理方案，旨在排除湿陷性黄土地层对地基正常施工活动的影响，确保地基承载力达到设计要求，有效防范地基沉降、结构裂缝等问题发生。施工过程中，按照成孔直径560mm，桩长7.0m的标准，在桩孔回填素土，并使用夹杆锤或重锤分层夯填的处理方式，压实系数λ≥0.97[1]。从最终施工结果来看，当桩间距适宜时，桩间土湿陷性可消除，复合地基承载力特征值可达200kPa，有效提升湿陷性黄土的承载力，达到施工标准和要求。

2.素土挤密桩处理技术主要优势

概括素土挤密桩处理技术主要优势，梳理技术原理，实现现有技术经验的有效积累，推动施工活动的高质量开展。

现阶段，深厚湿陷性黄土地基处理方式多样，施工企业可以采用垫层法、强夯法、挤密法等施工手段，消除黄土的湿陷性，提升土层结构承载力。从技术难度和成本投入等角度综合分析，挤密法的实用性较强，逐步成为主流的湿陷性黄土处置方案。挤密法施工中，采取沉管、冲击、爆破等成孔技术，使用素土进行回填，借助素土的材料优势，完成黄土改造，例如在湿陷性黄土的处置过程中，主要采取素土填料的处理方式，消除湿陷性，提升黄土结构的承载力[2]。具体来看，素土挤密桩实现了横向挤密，借助挤压原地基，通过成孔、回填物料的施工流程，达到扩孔的目的，逐步降低黄土的空隙率，排出黄土内多余水。素土挤密桩施工流程简单，不需要组织施工人员开展开挖回填施工，与传统的土垫层方法相比，素土挤密桩在成孔后，进行素土回填和夯实，实现了施工流程的有效整合，大大降低了湿陷性黄土施工区域的土方开挖和回填量，很大程度上，压缩了施工成本，节约了施工时间，提升了施工效率，有着较强的实用性。同时素土挤密桩的处理深度大，结合过往经验，其处理深度范围在12m到20m范围之间，能够满足多个场景下的深厚湿陷性黄土处置要求。

3.素土挤密桩处理深厚湿陷性黄土地基试验分析

验证素土挤密桩处理深厚湿陷性黄土地基的实际效果，运用静载试验、湿陷性试验、挤密效果试验等手段，量化分析素土挤密桩实际处理效果，确保素土挤密桩施工活动的稳妥有序开展。

素土挤密桩处理深厚湿陷性黄土地基的实验分析环节，施工企业要结合实际，组织开展试验活动，通过试验的方式，充分论证素土挤密桩处理效果，为现阶段湿陷性黄土地基施工工艺的比选，提供数据支持和参考[3]。试验过程中，设定两口单体取样探井，分别获取素土挤密桩间土层的挤密系数、素土挤密桩土层的挤密系数，将其作为判定施工效果的主要依据。基于上述试验思路，设定五个测试点位，进行针对性的数据追踪、获取以及分析，如表3所示：

表3 施工后桩间土、桩体土挤密系数统计表

根据《挤密桩法处理地基技术规程》等技术规范，当挤密桩间土的平均挤密系数超过0.93时，可以认定黄土地基的湿陷性消除。因此，从挤密效果来说，素土挤密桩将原位深孔挤压成孔，通过一次桩间土挤密和二次桩土压实，大幅度提升黄土密实度，降低空隙率。处理后黄土地基的湿陷性完全消除，承载力大幅度提升。

4.素土挤密桩在深厚湿陷性黄土地基处理施工中的应用

深厚湿陷性黄土地基处理环节，为发挥素土挤密桩施工的技术优势，施工团队在施工方案的选择、流程优化以及技术管理过程中，要充分运用现有技术手段，通过

4.1认真做好放线定位

在整个施工准备阶段，施工企业要组织人员，认真做好放线定位工作，实现施工点位的精准判定。实际操作过程中，施工人员要根据桩位图通过坐标控制点准确定出每个施工桩位点，并做好标识，经检验无误后，再进行施工，并做好记录[4]。具体来看，防范成孔位置偏移等问题，施工团队在完成系列准备活动后，要复核设计图纸及设计院交桩点位，将控制点按施工需要进行加密，加密控制点数量以满足施工需要及控制点间互相复核需要即可，然后依据设计图纸在试桩位置精确测放桩位纵、横轴线，根据轴线和设计桩间距采用钢尺对桩位进行放样。桩位放样后，在桩位中心插入竹筷，并在竹筷上喷涂红色油漆便于识别桩位。根据每天施工进度，控制好放样的桩位数量，如放样好的桩位当天施工不完，可采取三角旗警示线临时圈起来，以防止人员踩踏桩位竹签导致桩位偏差超限。

4.2认真做好成孔施工

根据设计要求，素土挤密桩采用柴油锤冲击成孔。为保证深厚湿陷性黄土地基成孔施工质量，应对突发情况，施工团队在正式进场前，应组织工作人员对整套施工设备进行检查，保证设备状态良好。为配合后续施工活动，施工团队做好与素土挤密土桩施工相关的水、电管线布置工作，保证基础材料的稳定充足供应，确保施工设备进场后可立即投入施工，提升施工效率。做好不同施工流程和建设项目的衔接，例如，在施工现场内道路满足设备进出场要求后，立即组织开展放线、土桩施工等后续活动

[5]。考虑到施工设备种类多、体积大等特点，对于部分需要现场组装的设备，由专人负责指挥，严格按程序进行组装作业，在设备安装过程中，非安装人员不得在组装区域内，杜绝安全事故，维持良好的施工秩序。在素土挤密土桩施工前，施工人员进行工艺性试桩，单个工点数量不少3根，根据工艺性试桩确定施工参数及施工工艺。试桩前必须对现场施工人员进行施工技术交底和安全技术交底。上述工作结束后，施工企业按照成孔机械就位－成孔顺序管控－成孔状态观察等流程，高质量做好成孔过程管理，实现成孔施工质量与施工效率的全方位兼顾。在这一思路的指导下，施工企业组织人员按照测量放线数据和施工方案，检查核对桩位，确保成孔机械中心垂直对准桩位，结合以往经验，对位偏差应对小于4cm，避免误差过大，影响最终的成孔质量。桩机就位后，要做好加固处理，保持设备稳定，使得桩机成孔过程中不发生移动或倾斜的情况。由于整个施工体量较大，周期较长，成孔数量较多，施工人员要合理控制成孔顺序，通过成孔顺序的科学调节，提升施工质量，保证挤密效果。现阶段，按照自外向里的顺序，分批隔排跳打，同时，将成孔直径控制在560mm，误差保持在20mm，成孔深度不小于设计孔深，允许误差为500mm。在这一过程中，施工人员要实时记录孔壁回弹情况，对地下障碍、墓穴的异常情况，及时处置和应对，避免安全事故的发生。成孔过程中，应经常检查桩孔的垂直度，发现偏差及时调整，保证成孔垂直度≤1.5%，施工企业借助对成孔施工流程的精准控制和科学介入，最大程度排除成孔施工误差，保证成孔质量，为关联施工活动的有序开展提供便利条件。

4.3认真控制素土质量

基于素土挤密桩技术的工艺原理，土料均采用素土拌和机过筛实现素土质量的源头化管理，切实增强素土挤密桩施工效能。具体来看，施工团队，对土料等原材料开展检验分析，在土料加工中，出于施工质量和施工成本的考量，施工企业使用本场地开挖出的纯净黄土，使用筛孔低于20mm对的筛子，对土料进行筛选，借助这种处理方式，将黄土有机质含量控制在5%以下。施工企业采用素土拌和机过筛的处理方式，过筛粒径控制在5mm。施工企业要注重填料含水量的控制，结合过往经验，素土填料的含水量保持在最优含水率±3%以内。使用合适的工具或机械进行混合，确保各种材料在土壤中分布均匀。混合的次数和深度应根据具体情况而定，但至少应翻拌2～3次，以达到颜色一致。素土拌和后，应尽快使用，避免长时间存放导致土壤性能变化。特别是在潮湿环境下，长时间存放可能导致土壤结块或发霉。施工人员对填料含水量要定期开展检测，现阶段，部分施工团队按照每班抽检不少于2次的标准，追踪填料含水量，一旦发现含水量偏差大于3%，及时停止拌和作业，将含水量偏差超过3%的素土，通过晾晒等方式，确保含水量达到要求；一旦发现含水量过低，施工人员需要适当向土料洒水，使含水量达到要求。素土拌和均匀，确保颜色一致，当天料当天用完，不得隔日使用。

4.4做好回填夯实施工

施工团队在回填夯实施工过程中，施工企业综合系列影响因素，认真做好回填夯实施工，加强回填夯实施工流程的科学管控，切实提升回填夯实质量，发挥素土挤密工艺优势，保证深厚湿陷性黄土地基的处置效果。具体来看，为提升施工效率，营造良好的施工秩序，对达到标准的素土，使用装载机进行运输，达到指定施工区域后，施工企业组织人员，严格按照规定的间隔、次数、数量开展人工填料。人工填料结束后，施工企业使用夹杆锤夯击成桩，保证夯实效果，实际施工环节，夯机由指定操作人员操作，边填料边按规定的击数夯实至施工桩顶标高，选用锤重150～180Kg，落距为>50cm。结合过往经验，夹杆锤夯击成桩施工过程中，为防范质量问题，施工人员要确保夹杆锤平稳就位、对准桩孔中心，夯锤能够自由落入孔底。在填料夯实前，施工人员需要对孔底进行3击预夯，分析夯实施工效果，一旦发现问题，及时修正夯实方案。例如，每次填料0.01m3（虚方量），夯击次数不小于3击；填料、夯击交替进行，均匀夯击至施工桩顶标高。施工员对桩的夯填质量进行管理，随时检查，并认真填写施工记录，便于监理团队根据施工记录，及时掌握回填夯实施工情况，防范质量问题发生。

4.5做好成品保护工作

为做好深厚湿陷性黄土地基处置能力，在素土挤密桩工艺应用中，施工人员需要认真做好成品保护。具体来看，施工人员对定位标准桩、轴线引桩、标准水准点、桩点等，施工时，要规范施工流程，避免出现碰撞问题。为合理控制施工误差，整个素土挤密桩施工周期内，施工人员与设计团队要做好技术交底，掌握设计示意，明确施工要求，结合过往经验，定期测量和校核平面位置、水平标高，判定平面位置和水平标高是否达到设计要求，一旦发现问题，及时进行信息反馈，引导施工团队修正施工方案，切实提升施工方案的科学性和有效性。挤密桩施工时，应防止邻近已施工过的桩基受到冲击而破坏，发生断桩现象，影响正常施工进度。针对这种情况，施工人员可以采取一定的防护措施，尽量减少冲击破坏作用，推动施工活动的平稳有序开展。以某施工项目为例，考虑到施工区域湿陷性黄土面积较大，黄土含水量较高，邻近桩基之间的相互扰动程度较为明显，出现断桩的概率较大。为应对断桩风险，该项目施工团队，在项目施工周期内，控制成桩施工速度，避免成桩施工速度过快或者过慢，影响整体施工进度，降低成桩质量。在完成规定的成孔施工任务后，施工团队做好桩顶标高控制，符合设计参数后，将设备转移到下一个桩位，施工时，根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位正确，全面提升素土挤密桩施工水平。施工过程中，做好详细的施工记录，避免在同一桩点进行重复施工，对已施工过的桩造成破坏，同时也可防止漏桩。

4.6做好施工过程管理

素土挤密桩在处理深厚湿陷性黄土地基中，为提升施工效果，确保施工过程的可控性，施工企业要围绕总体项目、一般项目和雨季施工等场景，针对性地做好素土挤密桩施工管理工作。在总体项目管理环节，施工人员要调整思路，从设定管理内容，明确管理目标，针对性地加强素土挤密桩的桩数、排列、尺寸、孔径、深度、填料质量等核心参数的管控，确保上述参数，必须符合设计要求及施工规范的规定，对于异常数据，及时反馈，并作出应急处理，推动施工活动的有序开展。在一般项目管理环节，施工人员在施工前，应对素土的质量、桩孔放样位置等做检查，同时分析桩孔直径、桩孔深度、夯击次数、填料含水量，掌握施工基础数据，确保施工活动的高质量开展。施工结束后，施工企业要组织人员开展质量检验，例如按照要求制定抽查方案，利用专业设备检查成桩的质量及地基承载力，并形成完整的质量记录，收集素土挤密桩施工、测量放线定位、检验批质量等数据，建立素土挤密桩施工档案。在雨季施工中，为提升质量控制能力，施工场地道路采用机械碾压硬化处理，保证雨季施工时施工设备、车辆畅通无阻。场地外缘四周设置排水沟及排水井，并配备固定水泵及时排水。施工中应做好防雨工作，原材料及时覆盖，确保土样等不受雨淋。 随机取样，测定素土含水率，对拌和素土用水进行调整。考虑到施工过程管理的复杂性，施工企业要建立起专业的管理团队，由实践经验丰富的项目经理管理生产，协调各工序各专业的工作关系，配齐各专职检查人员和后勤物资供应管理人员，组成完整的施工管理机构。施工管理过程中，按照两班轮换作业配置的原则，在不影响居民休息的前提下充分利用有效工作时间施工，快速推进施工作业，优化资源配置，把握施工流水节奏和流水节拍，充分利用工作的自由时差。加强设备的维修和保养，保证设备100%的完好率，降低设备故障率，更好地服务素土挤密桩施工流程。同时，切实落实施工材料计划，责任到人，确保施工材料满足施工需要。加强安全检查，消除事故隐患，以免影响工程进度。

结语

深厚湿陷性黄土地基施工难度大，出现沉降、裂缝等问题的概率较高，文章从多个维度出发，通过试验验证，结合施工案例，论证素土挤密桩处理的技术优势，加速观念转换，创新方法，优化流程，形成完备的素土挤密桩技术方案，实现对深厚湿陷性黄土地基科学高效处置。

参考文献

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