摘要：本文收集濕陷性黃土的工程特性，并以CFG樁施工技術為例研究濕陷性黃土地基的處理方法，包括其加固機理、施工工藝及質量控制措施等。希望可為從事路基設計、施工、維護的技術人員和專業研究人員提供一點施工參考。
　　關鍵詞：濕陷性黃土；填筑；技術
　　隨著國家西部大開發戰略的推進，高等級公路和鐵路在濕陷性黃土區大量興建。筆者有機會參與了西北地區的高速公路和鐵路的建設，了解到濕陷性黃土地基的工后沉降及變形對工程質量有很大的影響。因此對濕陷性黃土地基的處理非常必要。針對一些常用的濕陷性黃土地基的處理方法如沖擊碾壓法，強夯法都能達到一定的效果。但是，筆者在甘肅的平定高速公路上采用的一種新的處理法即水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）處理濕陷性黃土地基效果非常理想。
　　
　　1濕陷性黃土的工程力學性質
　　1.1濕陷性
　　黃土在天然狀態下結構性比較強，常處于欠壓實狀態，彈性變形極小，主要為壓密變形。而壓密變形又分為壓縮變形和濕陷變形，而且濕陷變形在浸水后發展較快，對工程有較大的危害。對此，國內外有關的研究取得了不少成果，認識到設計黃土地基時，必須首先通過現場和室內試驗，判定黃土的濕陷性質、類型和等級。黃土的濕陷變形具有突變性，非連續性和不可逆性。黃土的濕陷變形曲線按單軸浸水壓縮試驗可分為三個階段。如圖1所示，ab為原狀結構的壓縮變形階段;bc為濕陷變形階段，正是由于浸水使土的物理狀態和強度軟化引起的變形;cd為飽和濕陷性黃土固結變形，屬粘彈塑性變形。這三種變形各具特點。第一階段為壓實變形，一般屬線性變化；第二階段為濕陷變形，屬浸水后的結構軟化塑性變形；第三階段為飽和黃土的固結變形，當外荷連續增加時屬排水粘塑性固結變形。
　　                           
　                                                             　圖1p-e曲線
　　1.2強度指標
　　黃土的主要特點是具有結構性的欠壓密性。二者密切相關，正是由于結構性才導致欠壓密性。欠壓密狀態的存在，使黃土的應力關系和強度包線表現出特殊的規律。結構強度常被定義為能保持土原始基本單元結構形式不被破壞的能力，一旦固化聯結鍵破壞，如浸水、擾動等，土的力學性質就會發生顯著變化，如承載力降低、濕陷性和強度弱化等現象。
　　1.3壓縮性
　　壓縮性是土的一項重要工程性質，反映了地基土在外荷變形下產生壓縮變形的大小。對于濕陷性黃土地基，壓縮變形是指地基土在天然含水條件下受外荷作用所產生的變形，它不包括地基受水浸濕后的濕陷變形。濕陷性黃土的壓縮性質指標采用壓縮系數a、壓縮模量E，和變形模量E0來表示。
　　2濕陷性黃土地基處理技術------水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）
　　2.1加固機理
　　CFG樁復合地基是水泥粉煤灰碎石樁（CementFly-ashGravelPile）的簡稱，樁體由碎石、粉煤灰、水泥加水而成，其強度與素混凝土相當，通過在基礎與加固區之間設置由散體材料構成的褥墊層來分配樁土荷載，保證樁土協同工作，形成復合地基。
　　CFG樁復合地基工程特性主要表現在：
　　1、樁體作用
　　由于樁體材料高于軟土地層，在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯比樁間土小，因此基礎傳給復合地基的應力，隨著地層變形逐漸集中到樁體上，大部分荷載由樁體承受，樁間土應力明顯減小，于是復合地基承載力高于天然地基。
　　2、墊層作用
　　CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復合地基。褥墊層為樁向上刺入提供了條件，并通過墊層材料的流動補給，使樁間土與基礎始終保持接觸。在樁土共同作用下，地基土的強度得到一定發揮，相應地減少了對樁的承載力要求。
　　3、加速排水固結作用
　　CFG樁在飽和粉土和砂土中施工時，由于成樁和振動作用，會使土體產生超孔隙水壓力。剛施工完的CFG樁為一個良好和排水通道，孔隙水沿樁體向上排出，直到CFG樁體變硬為止。
　　4、振動擠密作用
　　CFG樁采用振動沉管法施工時，由于振動和擠密作用使樁間土得到擠密，特別在砂土層這一作用更明顯。砂土在高頻振動下，可以改善土的物理性能，抗液化能力有所提高。
　　5、加筋作用
　　復合地基除可提高地基的承載力外，還可以用來提高土體的抗剪強度，因此可提高土坡的抗滑能力。國外將砂樁和碎石樁用于高速公路的路基或路堤加固，以提高地基土體的穩定性。
　　2.2CFG樁施工準備
　　首先核查地質資料，結合設計參數，選擇合適的施工機械和施工方法。然后進行滿足樁體設計強度的配合比試驗，確定各種材料的施工用配比；平整場地，測量放線，定出控制軸線、打樁場地邊線并標識；施工前清除地表耕植土，進行成樁工藝試驗，確定施工工藝和參數。
　　2.3CFG樁施工順序與施工工藝
　　CFG樁施工一般優先采用間隔跳打法，也可采用連打法。具體的施工方法由現場試驗來確定。跳打時應及時清除成樁時排出的棄土，否則會影響施工進度。
　　連打法易造成鄰樁被擠碎或縮頸，在粘性土中易造成地面隆起；跳打法不易發生上述現象，但土層較硬時，在已打樁中間補打新樁，可能造成已打樁被振裂或振斷。采用隔樁跳打時，施工新樁與已打樁時間間隔不少于7d；全長布樁時，應遵循由“由一邊向另一邊”的原則。
　　本標段主要采用長螺旋鉆管內泵壓混合料灌注施工工藝。
　　1、CFG樁鉆機就位
　　CFG樁鉆機就位后，應用鉆機塔身的前后和左右的垂直標桿檢查塔身導桿，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心，確保CFG樁垂直度容許偏差不大于1%。
　　2、混合料攪拌
　　混合料攪拌要求按配合比進行配料，計量要求準確，拌合時間不得少于1min。混合料加水量和坍落度（設計要求長螺旋鉆管內泵壓混合料法施工時，坍落度控制在16～20cm）根據采用的施工方法按工藝試驗確定。
　　3、鉆進成孔
　　鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，開始鉆進。一般應先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。在成孔過程中，如發現鉆桿搖晃或難鉆時，應放慢進尺，否則較易導致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。當鉆頭到達設計樁長預定標高時，在動力頭底面停留位置相應的鉆機塔身處作醒目標記，作為施工時控制孔深的依據。當動力頭底面達到標記處樁長即滿足設計要求。施工時還需考慮施工工作面的標高差異，作相應增減。
　　4、灌注及拔管
　　CFG樁成孔到設計標高后，停止鉆進，開始泵送混合料，當鉆桿心充滿混合料后開始拔管，嚴禁先提管后泵料。成樁的提拔速度宜控制在2～3m/min，成樁過程宜連續進行，應避免因后臺供料慢而導致停機待料。灌注成樁完成后，樁頂采用濕黏土封頂，進行保護。施工中每根樁的投料量不得少于設計灌注量。
　　5、移機
　　當上一根樁施工完畢后，鉆機移位，進行下一根樁的施工。施工時由于CFG樁的土較多，經常將臨近的樁位覆蓋，有時還會因鉆機支撐時支撐腳壓在樁位旁使原標定的樁位發生移動。因此，下一根樁施工時，還應根據軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進行復核，保證樁位準確。
　　長螺旋鉆管內泵壓混合料灌注施工工藝流程為：
　　原地面處理→測量放線→鉆機就位→鉆進至設計深度→停鉆→泵送混合料→均勻拔鉆至樁頂→鉆機移位
　　2.4質量控制及檢驗
　　1、質量控制
　　(1)為檢驗CFG樁施工工藝、機械性能及質量控制，核對地質資料，在工程樁施工前，應先做不少于2根試驗樁，并在豎向全長鉆取芯樣，檢查樁身混凝土密實度、強度和樁身垂直度，根據發現的問題修訂施工工藝。
　　(2)CFG樁的數量、布置形式及間距、樁長、樁頂標高及直徑應符合設計要求。
　　(3)為保證施工中混合料的順利輸送，施工中采取強制式攪拌機。樁身每方混合料摻加粉煤灰量及坍落度控制根據設計和采用的施工方法按工藝試驗確定。通常樁頂混凝土密實度差，強度低，對此采取樁頂以下2.5m內進行振動搗固的措施。冬期施工時混合料入孔溫度不得低于5℃,對樁頭和樁間土應采取保溫措施。
　　(4)整個施工過程中，安排質檢人員旁站監督，并作好施工原始記錄，記錄孔深、單孔混合料灌入量、堵管及處理措施等。CFG樁施工屬隱蔽工程，應做好報檢和監理簽認工作。CFG樁施工中，每臺班均須制作檢查試件，進行28d強度檢驗，成樁28d后應及時進行單樁承載力或復合地基承載力試驗，其承載力、變形模量應符合設計要求。
　　(5)清土和截樁時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。
　　2、檢驗
　　(1)所用的水泥和粗細骨料品種、規格及質量應符合設計要求；按照同一產地、品種、規格、批號的水泥，每200t為一批，檢驗水泥強度、安定性、凝結時間；同一產地、品種、規格且連續進場的粗、細骨料，分別每400m3為一批，檢驗粗細骨料含泥量、篩分試驗顆粒級配。數量不足時也上述數量做一批計。各種原材料每批抽樣檢驗1組。
　　(2)CFG樁混合料坍落度應按工藝性試驗確定并經監理工程是師批準的參數進行控制：臺班抽樣檢驗3次，現場做坍落度試驗。
　　(3)樁體強度檢測方法、數量及標準見《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》（鐵建設[2005]160號）4.14.7：每臺班制作混合料試塊，進行28d標準養護試件抗壓強度檢測。要求達到設計強度10MPa～15MPa。
　　(4)樁身質量、完整性檢測方法、數量及標準見《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》（鐵建設[2005]160號）4.14.11，抽取總樁數的10%做低應變檢測。
　　(5)單樁承載力及復合地基承載力檢測方法、數量及標準見《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》（鐵建設[2005]160號）4.14.12：檢測數量為總樁數的2‰，且每檢測批不少于3根。并抽取不少于總樁數的0.5‰的樁進行單樁承載力檢測，抽取不少于總樁數的1.5‰的樁進行單樁復合地基平版載荷板試驗。承載力符合設計要求。
　　參考文獻
　　[1]王其昌主編.《高速鐵路土木工程》.西南交大出版社。
　　[2]陳鵬，對高速鐵路路基施工的幾點認識，鐵路建筑技術，1996年第6期
　　[3]蔡申夫，關于高速鐵路工程技術的幾點看法，鐵路建筑技術，1999年第3期