湿陷性黄土路基病害粉喷桩处理方法

赵连平

（山西工程职业技术学院，山西 太原 030009）

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属于特殊土。广泛分布于我国东北、西北、华北和华东地区。

一、湿陷性黄土路基概述

湿陷性黄土是一种特殊性质的土体，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿土结构迅速破坏，并产生显著附加沉降，会对建筑物及构筑物的建设带来危害，引起结构物、地基及路基的变形、沉降、折裂等问题，对结构的稳定性和使用的安全性产生严重的影响。

1.破坏机理

湿陷性黄土形成年代较晚，外力作用小，固结不完善，因而此种土质的孔隙大、结构松散，强度较低。修筑路基时无水的作用下，路基压力高于自身强度时，促使松散土体间逐渐被填充压实，而造成路基的沉降；若考虑水的作用下，湿陷性黄土在水的作用下，瞬间就会丧失强度，土体溃散，导致路基土体颗粒的重新排列，造成路基的沉陷。

2.主要病害

湿陷性黄土引起的路基病害很多。一般有以下几类：（1）路堤的冲蚀、下滑及沉降：主要由于黄土含水量低、不易压实且容易产生较大下沉变形造成的；（2）基床遇水容易发生变形：主要是由于夯实后的土体抗变形能力差和黄土遇水容易湿陷造成的；（3）路基排水不合理引起的各种病害：主要是因为黄土遇水强度骤减造成，如路基排水不合理就会引起各种灾害和事故。

二、粉喷桩处理方法

针对湿陷性黄土独特的性质，并保证工程质量与安全，必须进行相关处理，目的就是控制其湿陷性的发生，部分或全部消除其湿陷性，从而改善土的性质，提高土的强度，避免或减弱湿陷现象。如今湿陷性黄土地基和路基处理的方法很多，具体处理方法的采用必须结合地区和具体的土质条件。本文针对陕北地区湿陷性黄土的特点介绍粉喷桩处理方法。

（一）处理原理

粉喷桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，也叫加固土桩，是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法，如今是国内软土处理运用的新技术。其处理原理就是使用深层搅拌机械在基础的深部将水泥、粉煤灰及浆液与湿陷性黄土进行强制拌和产生的一系列物理化学反应，从而在原有的地基中形成了具有整体性、稳定性和一定强度的桩体，同时也能够改善桩周土体条件，由桩体与桩间土体形成的复合地基能够共同承担外部荷载，从而起到了提高地基土体的承载力，减小土体沉降的作用。

（二）处理程序

湿陷性黄土路基处理中粉喷桩的桩径一般选为50cm，桩长则要求穿透软土层同时要达到持力层内50cm。桩距的选择与路堤的稳定和沉降量有关，最小桩距宜选为1.1~1.2m，平面布置上桩面呈正三角形或矩形。粉喷桩一般的设计步骤如下：

1.确定单桩承载力

确定单桩竖向承载力的标准值需要通过现场静载试验测得，也可按下列公式进行估算，取最小值。

fcuk－水泥无侧限抗压强度，KPa；

Ap－桩的截面积，m2；

η－强度折减系数；

qsi－桩周第i层土的侧阻力特征值；

Up－桩周长，m；

l－桩长范围内第i层土的厚度，m；

qp－桩端地基土未经修正的承载力特征值，KPa；

α－桩端天然地基土的承载力折减系数。

2.确定置换率及桩数、设计桩长及布桩方式

（1）在基础底面范围内，按下列公式计算桩的面积置换率m和总桩数n：

式中：fsp,k－复合地基承载力标准值，KPa；

fs,k－桩间天然地基土承载力标准值，KPa；

β－桩间土承载力折减系数；

A－为地基加固的面积，m2。

（2）确定桩长

当地基土层中的软土层不厚时，要求喷粉桩将其穿透，设计的桩长则依据地基的允许变形值确定；当地基土层中的可液化土层厚度不大时，也要求粉喷桩穿透，或按照国家标准的相关规定执行；当地基土层中软土层较厚时，桩长取值则要求在15m左右。

（3）选择布桩方式

喷粉桩一般按照正方形或等边三角形进行布桩，桩间距则由面积置换率计算得出。

3.确定复合地基承载力

通常根据复合地基现场载荷试验来确定复合地基承载力的标准值。也可按照下列公式计算：

4.计算总沉降

桩长范围内复合土层的压缩量加上桩端以下持力层的压缩量就是复合地基的最终沉降量，复合土层的压缩量可通过复合地基进行计算；桩端以下持力层的压缩量则依据分层总和法计算。

通过以上的设计步骤进行计算可得出粉喷桩是介于刚性桩和柔性桩之间的一种桩型，且能保证合理的总沉降量，同时也很经济，因此是湿陷性黄土路基处理的较合理及通用的方法之一。

由于湿陷性黄土特殊的性质和破坏力，在实际的工程建设中，若不合理地控制和处理，会造成巨大的灾难和严重的经济后果。因此，利用粉喷桩处理湿陷性黄土，具有明显的经济效益和质量效益，处理加固后的复合地基的抗压强度可比天然湿陷性黄土高数十倍甚至数百倍，同时能够大幅度减少沉降量；与其他地基处理的方法对比可看出，其具有施工方便、工期短、工后沉降小等诸多优点；当然还存在着一定的技术难题，但是通过设计计算方法的完善及合理的工程质量控制，就能够达到更加理想的施工效果。

[1]龚晓南等.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[2]朱沈阳等.湿陷性黄土地区人工地基工程[M].西安：西北大学出版社，2005.