重载铁路湿陷性黄土地基灰土挤密桩处理技术

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1、重载铁路湿陷性黄土地基灰土挤密桩处理技术　　【摘要】本文通过对湿陷性黄土的湿陷机理分析、灰土挤密桩的挤密作用及原理分析，阐述了湿陷性黄土在重载条件下铁路路基地基采用灰土挤密桩技术处理，其基底能达到设计所要求的理想效果，为今后在类似工程设计和施工中提供借鉴经验【关键词】重载铁路湿陷性黄土灰土挤密桩地基处理中图分类号：U213.1+4文献标识码：A1、工程概况神华准池铁路目前是我国第一条一次性建成标准最高的重载双线铁路项目，设计最大中轴重为25T，牵引质量为20000T，线路全长179.862km。其中ZCZQ-6标位于山西朔州平鲁

2、境内，线路长度为17.057km，起讫里程为DK95+185~DK112+242，主要有正线桥梁17座5215.61延米、隧道1座2315延米、涵洞12座465.18横延米、路基9526.36米。9线路自北向南穿越黄土塬、卯缓坡地带，线路工程地质条件复杂，大部分为II级自重湿陷性黄土。管段内特殊地基湿陷性黄土路基基底处理，设计采用灰土挤密桩施工，总桩长为120万米。2、湿陷性黄土湿陷机理湿陷性黄土以粉土颗粒为主，呈松散多孔结构状态，孔隙比较大，常在1.0以上，它具有直立、膨胀、崩解、难压实和受含水量影响较大的特点。湿陷性黄土的湿

3、陷性是由其内因和外因共同作用的结果，内在因素是它的垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失土颗粒间的加固凝聚力；外部条件是土体的外部压力及水，水一方面溶解黄土中的可溶盐，另一方面在微粒间起到润滑作用，从而使黄土在自重作用下发生位移。使黄土产生湿陷的临界压力叫湿陷起始压力，不同的黄土其湿陷起始压力也不同。当土的湿陷起始压力小于上覆土的饱和自重时，则该土层在上覆土层自重压力的作用下受水即可发生湿陷称为自重湿陷性黄土；如果土的湿陷起始压力大于上覆的饱和自重，则土层在上覆土层自重压力作用下并不发生湿陷，而在附加压力与上覆土自重之和大于

4、湿陷起始压力时，土层受水才发生湿陷称为非自重湿陷性黄土。9黄土湿陷性根据湿陷系数公式δs=（hp-hp/）/h0的计算值来判定，当δs＜0.015时判定为非湿陷性；当δs≥0.015时判定为湿陷性黄土，其湿陷等级共分为三级：当地基计算湿陷量0.05＜δs≤0.15时为I级湿陷性（轻微）；当0.15＜δs≤0.35时为II级湿陷性（中等）；当δs≥0.35时为III级湿陷性（强烈）。3、灰土挤密桩的作用及原理3.1、侧向挤密作用灰土桩振动沉管成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。桩间土体挤密是在

5、相邻桩孔挤密交界处挤密效果相互叠加，使桩间土中心部位的干密度增大，且桩间土的密实度变得均匀，桩距越近，叠加效果越显著。土的天然含水量和干密度对挤密效果影响较大，当含水量接近最优含水量时，土呈塑性状态，挤密效果最佳。当含水量偏低，土呈坚硬状态时，有效挤密区变小。当含水量过高时，由于挤压引起超孔隙水压力，土体难以挤密，且孔壁附近土的强度因受扰动而降低，拔管时容易出现缩颈等情况。3.2、灰土加固原理9灰土桩是用生石灰消解后与土按一定体积比例(3:7)拌制而成，在桩孔内通过夯机夯实后形成的一种柔性桩，由于石灰内带正电荷钙离子与带负电荷粘

6、土颗粒相互吸附，产生化学反应，形成凝聚胶体物质，即灰土中的Ca(OH)2与土中的CO2作用生成碳酸钙Ca(OH)2+CO2→CaCO3，Ca(OH)2与土中的SiO32-作用形成偏硅酸钙Ca(OH)2+SiO2→CaSiO3，并随灰土龄期增长，桩体固化作用不断提高，使桩体强度逐渐增加，从而提高地基承载力。3.3、桩体作用在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，荷载向桩上产生应力集中，从而降低了基础底面以下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。同时灰土桩对桩间土能起侧向约

7、束作用，限制土的侧向移动，桩间土只产生竖向压密作用。4、灰土挤密桩施工4.1、灰土桩设计及施工参数灰土挤密桩参数包括：承载力、桩孔直径、桩孔深度、处理宽度、桩孔的平面布置、桩距、填料等。湿陷性等级为I、II级的非自重湿陷性黄土，基底采用重型碾压或冲击碾压处理；II、III级自重湿陷性黄土地段，处理深度小于3m时采用强夯或冲击碾压处理；临近建筑物或桥头50m范围内不宜采用强夯处理；大于3m时采用灰土挤密桩处理。处理后复合地基承载力要求不小于150kpa，地基处理宽度范围路堤为坡脚外2m，路堑为整个路堑开挖面；挤密桩灰土体积比为3：

8、7，压实系数λc≥0.97，桩径为0.3m，桩间距0.8m，桩顶层设0.3m厚二八灰土垫层夹一层TGDG120单向高强土工格栅，详见下图。9灰土挤密桩地基的效果与桩间距的大小关系极大。桩距太大，桩间土的挤密效果不好；桩距太小，桩数增加太多而不经济，同时成孔时地面