通渭制梁场湿陷性黄土地基处理技术

通渭制梁场湿陷性黄土地基处理技术

吴永强

中铁二十局集团第三工程有限公司重庆市400000

摘要：目前，国内高速铁路迅速发展，桥梁是高速铁路土建工程的重要组成部分，高铁梁场的建设也必将是不可或缺的一部分。随着西部大开发的进程，西北地区高铁建设已刻不容缓。西北地区主要以黄土高原为主，黄土高原地区主要是以湿陷性黄土为主，黄土的湿陷性对于黄土高原地区工程施工影响非常大，针对黄土的特性，根据黄土高原实际情况，本文首先介绍了黄土湿陷性的定义和主要特征，重点对宝兰客专通渭制梁场湿陷性黄土基地处理方法进行研究分析。

关键词：高铁制梁场；湿陷性黄土；地基处理；钻孔桩

1.前言

湿陷性黄土主要分布在我国黄土高原地区，近年来，受西部大开发的影响，西北地区基础设施建设已全面展开，高铁、客运专线已经成了西部大开发不可缺少的一部分，高铁制梁场也必将是其中很重要的一部分。

由于黄土具有特殊的成分和性质，黄土在工程界有极其特殊的地位。黄土最大的特点是结构性强，遇水发生失陷并且强度迅速软化。高铁制梁场地基承载力要求很高，为了防止黄土的湿陷性对高铁制梁场建设的病害，对于湿陷性黄土地基处理的研究具有重要意义。本文主要介绍了湿陷性黄土的失陷机理和类别，重点介绍了对宝兰客专通渭制梁场湿陷性黄土地基处理的技术。

2.研究的必要性及可行性

施工图纸没有提供较为完整地，系统地理论依据和施工技术文件，只是在设计图纸的注意事项中向施工单位提供建议和提示，因而使施工单位摸石头过河，遇到施工中的疑难问题困难重重，给施工单位在工程建设中的质量、进度、工期、安全及管理带来不便，并且在精力、财力上造成很大的浪费。

宝兰客专通渭制梁场的施工是带有突击性和攻艰战的情况下上场的，后方支援、前方冲锋，任务重、工期紧，最主要处于本标段架梁通道上，属于宝兰8标的卡脖子工程。因黄土地质情况复杂，多次邀请设计院现场查看指导，虽然施工一直都在繁忙、紧张、有序工作，但是针对湿陷性黄土区域梁场设计指导性文件不够完善，缺乏系统性、全面性和可操作性。

宝兰客专甘肃段境内的通渭制梁场位于失陷性黄土区域。桥梁桩基均处在陇西系内旋褶带，构造相对简单。晚第三纪以来，区内新构造运动较为活跃，表现为河谷阶地上升显著，现代河流侵蚀、下切明显，河谷两岸阶地发育，构成颇为典型的河谷阶地地貌。新构造运动在区内表现为差异性整体抬升运动，山地断块强烈隆升，盆地相对下沉，形成现今的地貌形态和格局。施工难度大，危险性高，极易出现陷穴失稳，遇水坍塌，稍有不慎引起地基下陷事故发生。

为了保工期、保质量、保安全，我们根据集团公司多年的施工经验，结合本工程湿陷性黄土区域地质构造的特点，中铁20局集团公司宝兰通渭制梁场把“梁场湿陷性黄土地基处理施工技术研究”作为科研计划项目，并组织有关专家及技术人员一同研究攻关，以保证该工程顺利实现质量、工期总目标。

3.工程概况

中铁二十局集团宝兰客专甘肃段通渭制梁场承担344榀后张法预应力混凝土简支整孔箱梁预制任务，其中24m箱梁16榀、32m箱梁328榀，梁面宽度为12.2m、梁高2.6m，梁长32.6m（24.6m）、梁体重737.6t（592.6t），梁体采用纵向预应力体系，分预张、初张、终张三次完成张拉，C50浆体真空辅助压浆，高强度补偿收缩混凝土进行封锚，梁端使用聚氨酯防水涂料防水。

梁场占地约160亩，分为办公生活区、中心实验室、砼搅拌区、制梁区、存梁区、工人生活区。其中主便道采用灰土垫层地基处理，C25砼硬化，提运梁通道采用灰土挤密桩地基处理，制梁区、存梁区基础采用钻孔桩基础。

4.湿陷性黄土的定义和主要特征

定义：黄土在一定的压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质，即为黄土的湿陷性。

主要特征：⑴从宏观上来看主要有以下特性

①色调主要呈黄色、褐色、灰黄、棕黄等颜色，地理位置差别影响了黄土的颜色。

②含盐量大，主要以碳酸盐为主，另外硫酸盐、氯化物含量也比较高。

③矿物成分主要为石英和粘土矿物，粘土矿物主要化学成为以SiO₂、Al2O₃和碱土金属。

④粉尘颗粒含量较多。

⑤一般具有大孔性，呈松散结构状态。

⑥在天然剖面上具有垂直节理。

⑵从微观上来看，黄土具有极其特殊的结构特征，它由结构单元（单矿物，集合体、凝块）、胶结构（粘粒、有机质、碳酸钙）和孔隙（大孔隙、架空孔隙和粒间孔隙）三部分组成。

5.湿陷性黄土地基处理的主要方法

湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同地区，根据不同的地基土质和不同的结构物所需要的地基承载力，地基处理应该选用不同的方法。针对通渭梁场具体实际，本文主要研究出了以下湿陷性黄土地基处理的方法供大家参考，垫层法、强夯法、灰土挤密桩法及钻孔桩法等。

⑴垫层法

垫层法是将处理范围内的湿陷性黄土挖出，过筛并按照一定体积比与石灰或水泥混合均匀，然后分层铺设，在铺设过程中分层夯实，即形成灰土或水泥土垫层，这是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法。它降低了垫层范围内的黄土地基湿陷性，减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷，地基承载力也将大大加强。这种方法施工简单、效果显著。这种处理方法适用于大面积受力且承载力相对要求不高的施工中，在高铁制梁场中适用于施工便道、拌合站料仓、办公生活区等。

垫层法根据施工方法不同可分为素土垫层法和灰土垫层法。通过实践证明，经过回填压实处理的黄土地基湿陷性速率和湿陷量大大减小，一般素土垫层的湿陷量减少为1-3cm，灰土垫层的湿陷量往往小于1cm。垫层法又分为素土垫层法以及灰土垫层法，根据通渭制梁场具体实际情况，拌合站料仓、施工主便道均采用三七灰土垫层法，办公生活区采用素土垫层法。

⑵强夯法

强夯法适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。一般采用2.5～3.0t的重锤，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黄土层的湿陷性。在夯实层的范围内，土的物理、力学性质获得显著改善，平均干密度明显增大，压缩性降低，湿陷性消除，透水性减弱，承载力提高。非自重湿陷性黄土地基，其湿陷起始压力较大，当用重锤处理部分湿陷性黄土层后，可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形。因此在非自重湿陷性黄土场地采用重锤夯实的优越性较明显。

强夯法加固地基是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。强夯法适用于通渭制梁场施工主便道以。

⑶灰土挤密桩法

由于运价一体机自重比较大，外加梁体自重也比较大，而且周转频率较高，通渭制梁场运梁通道、提梁通道仅仅采用灰土垫层、强夯法处理地基的话无法满足运价一体机运作所需承载力。鉴于通渭制梁场特殊的地理条件，我们主要采用了灰土挤密桩法施工对运梁通道、提梁通道进行了处理。

灰土挤密桩法适是按设计方案在运梁通道、提梁通道基础平面位置布置桩孔并成孔，然后将备好的素土（粉质粘土或粉土）或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯（捣）实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而形成复合地基。

经过我们研究，灰土挤密桩法处理深度可达5～10米，这样完全可以满足运架一体机运作所需承载力。

⑷钻孔桩法

通渭制梁场存梁区、制梁区是主要的施工区，由于梁体自重较大，周转频率高，灰土挤密桩法无法满足地基下陷的要求。根据梁场具体实际，我们采用钻孔桩法对制梁台座、存梁台座基础进行了处理。由于项目工期紧，我们采用了旋挖钻钻孔桩施工。

由于通渭制梁场地基属于湿陷性黄土场，不允许采用摩擦型桩，设计桩基础除桩身强度必须满足要求外，还应根据场地工程地质条件，采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩（包括端承桩和摩擦端承桩）。

6.结论

本文主要介绍了通渭制梁场湿陷性黄土地基常用处理方法的选用原则、适用范围、可能处理深度及效果，同时对各处理方法应注意事项和进行了简要概述，这为黄土高原地区高铁制梁场地基处理方案的选型论证及实施提供了技术支持。

7.结束语

通过宝兰客专通渭制梁场建设地基处理施工，我们研究总结出一整套“湿陷性黄土地区地基处理技术”成果，以供此类工程的施工借鉴和参考。但随着科学技术的不断进步和发展，工程施工既要满足现场具体实际要求又要节省施工成本，这还需要广大技术人员的共同努力探索更为优质的施工方法。

参考文献：

[1]谢定义，讨论我国黄土力学研究中的若干新趋向[J]．岩土工程学报，2007．

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[3]汪国烈，李新怀．大厚度湿陷性黄土的工程处置[C]．西部开发中的岩土工程问题（岩土工程系列学术研讨会之九论文集），上海：同济大学出版社，2009．