1 工程概况
湿陷性黄土地区地基加固处理方法主要有挤密桩、强夯、螺杆桩和柱锤冲扩桩，其中挤密桩主要处理地质较为均匀的且Ip值＜10的黄土；强夯地基主要处理8m以内浅层湿陷性黄土；螺杆桩、柱锤冲扩桩对各种地层适应性较强，螺杆桩工效相对较低。
大张高铁DIK155+054.16~DIK158+178.72段路基位于山西省大同市大同县倍加造镇，该段路基DIK155+054.16~DIK155+084.16段、DIK158+148.72~DIK158+178.72段路桥过渡段范围地基处理原设计为水泥土挤密桩，设计桩长12m，桩径40cm，桩间距为1.1m，正三角形布置。施工过程中发现地基处理范围内地层为粉砂，且中间夹40~80cm厚的细砂层；挤密桩施工时缩孔严重，沉管到位拔出后孔深仅剩余4~6m，无法按照设计桩长成孔。经四方会商，决定变更原设计为柱锤冲扩桩，桩径0.6m，桩间距1.1m，桩长12m，充填材料为8%水泥土，复合地基承载力特征值为180kPa。
2 柱锤冲扩桩法加固地基机理
在柱锤冲扩桩填料成桩过程中，通过填料夯扩过程中对原状土的冲击挤密、夯实，动力固结，水泥的水化和胶凝等作用，使黄土地基湿陷性消除并形成复合地基。
2.1 填料冲扩的挤密效应和嵌入作用
柱锤冲扩桩法在填料夯实挤密过程中，由于夯击能量大，桩径不断扩大，迫使填料向周边土体中强制挤入，桩间土也被强力挤密加固。在湿陷性黄土地区，采用长螺旋引孔成孔直径为400mm，夯扩成桩后直径可达550~800mm，这种挤密效果一般挤密桩是达不到的。
当被加固的地基土地层不均匀时，在承载力较低的地层范围桩径增大，填充水泥土嵌入咬合、相互挤压，共同受力。在湿陷性黄土地区，黄土的孔隙较大，土体松散，采用柱锤夯扩时，水泥土会强行挤压周围土体，桩孔会从400mm扩大到550~800mm，从而消除黄土的湿陷性。
2.2 复合地基作用
柱锤冲扩桩对原有地基土进行动力置换，形成的柱锤冲扩桩具有一定桩身强度，起到桩体效应。柱锤冲扩桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按式（1）估算：
（1）
式（1）中：
-柱锤冲扩桩复合地基承载力特征值，kPa；m-面积置换率，可取0.2~0.5；n-桩土应力比，无实测资料时可取2~4，桩间土承载力低时取大值；
为处理后桩间土承载力特征值，kPa，宜按当地经验取值，如无经验值时，当
≥80kPa时，可取加固前天然地基承载力进行估算。
3 柱锤冲扩桩法施工技术
柱锤冲扩桩施工流程如下：放样布桩→长螺旋钻机就位→钻孔→钻机移位→柱锤桩机就位→夯填水泥土→切除桩头→成桩检测。
3.1 钻孔作业
湿陷性黄土地区采用长螺旋钻机引孔，避免成孔作业时出现缩孔、短桩、坍塌等缺陷。施工工序如下：施工放样→布设桩位控制点→钻孔→移机到下一桩位，钻孔时采用跳桩施工，尽量减少对已成桩孔周围土层的扰动。
当地层中夹带砂层较厚时，可以在设计孔深的基础上适当增加引孔深度50~80cm，确保钻机提钻后孔深满足设计要求。在施工过程中，对砂层较厚的桩孔进行记录，为后续夯填施工做好准备。
3.2 填料成桩
孔内分层填料夯扩：长螺旋引孔成孔约5~6根（60~72m）时，通知改良土拌和站拌制掺8%水泥的改良土并运送至现场，单次运输≤20m3，现场存料区采用钢板铺底，使现场水泥土存放时与其他非改良土隔离。填料前清除长螺旋钻机旋出土方，用柱锤对桩底进行夯实，冲击6~8次；然后用小型装载机配合专用料斗进行装填，小型装载机铲斗容积0.2m3，单次投料约0.15m3，保证单次夯填高度0.4~0.6m。投料完成后，柱锤移机到位，进行夯击，夯击以夯锤吊绳标记基本无进尺为准。移走柱锤夯机，重复投料、夯击工作，直到夯填高度超过设计桩顶高程50cm左右。挤密桩桩顶与原地面之间的空钻段用黏土填充夯实。
夯填进入砂层时，根据砂层厚度适当增加单次投料数量，并提高夯击行程和增加夯击次数，最大限度保证桩身的完整性。
3.3 桩头截除
最后一根柱锤冲扩桩施工完成满7d后，对桩间土进行挖除，桩间土采用人工配合PC60小型挖掘机进行挖除，挖除将土翻运至挤密桩处理范围外再外运至弃土场。
桩间土清除完成后进行桩头截除，桩头截除采用D=600mm推锯进行三面环切，桩头采用吊车吊装至柱锤冲扩桩处理范围外再装车外运至弃土场。
3.4 试验检测
3.4.1 设计要求
根据大张高铁《路基通用设计图纸》及《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10751-2010）相关要求，柱锤冲扩桩质量检验需要检测桩身质量（钻芯取样）、桩间土处理效果和单桩复合地基承载力。
其中桩身质量检验检测单个工点总桩数的2‰，且≥3根，全桩长取芯，每2m取样测定干密度，换算其压实系数，要求混合料的压实系数≥0.97。
桩间土处理效果检验沿纵向每50m检验3点，在3孔之间的形心处桩间以上范围全长取芯，每2m取土样，进行湿陷性试验，对比处理前和处理后的湿陷性变化情况；计算最小挤密系数、平均挤密系数和湿陷系数。
桩施工完成28d后，采用平板荷载试验方法检验单桩复合地基承载力，检验数量≥单个工点总桩数的2‰，且≥3根。
3.4.2 检测结果
经外委检测，对DIK155+054.16~DIK155+081.16段、DIK158+148.72~DIK158+178.72段路基地基处理锤冲扩桩各进行了3根复合地基载荷试验及6点现场钻芯及室内试验。
对试验数据进行计算分析，并结合国家有关规范及相关标准，综合判定：
（1）柱锤冲扩桩复合地基载荷试验满足≥180kPa设计要求。
（2）柱锤冲扩桩桩身压实度满足设计要求；桩间土挤密效果满足设计要求，湿陷性已消除。
（3）单桩复合地基承载力静载试验曲线示意图见图1~图3。
图1 p-s曲线 图2 s-lgt曲线 图3 s-lgp曲线
经检测，柱锤冲扩桩单桩复核地基承载力均＞180kPa；每段柱锤冲扩桩桩身取芯3根，检测压实系数均＞0.97。
桩间土取芯地基处理范围内和地基处理范围外每段各3根，对比黄土的湿陷性消除效果，其中DIK155+054.16~DIK155+081.16段计算挤密系数为0.939、0.939和0.937，DIK158+148.72~DIK158+178.72段计算挤密系数为0.937、0.936和0.937。柱锤冲扩桩施工完成后，实测湿陷系数最大值为0.008，均＜0.015，定性为非湿陷性黄土，即湿陷性已消除。
3.5 施工注意事项
3.5.1 长螺旋引孔
长螺旋钻机引孔时，要注意跳桩施工，尽量减少对已成桩孔的扰动；当地层中夹带砂层较厚时，可以适当增加引孔深度50~80cm，确保钻机提钻后孔深满足设计要求。
3.5.2 填料成桩
要注意填料供应与使用的协调，拌制好的水泥土使用时间控制在出厂后4h内，保证填料在水泥凝结时间内完成施工。填料过程中要控制单次投料数量，保证夯实质量。在填筑通过砂层时，可适当增加单次投料数量，并提高柱锤行程和夯击次数，保证桩身完整性和桩体压实质量。填料应超过设计桩顶高程至少50cm，空钻桩孔应采用黏性土充填夯实。
3.5.3 桩头切除
桩头切除时，采用D600mm推锯进行三面环切，避免凿桩头时造成桩体浅层断桩。
4 结束语
综上所述，得出以下结论。
（1）柱锤冲扩桩法可以消除黄土的湿陷性。
（2）柱锤冲扩桩具有一定的强度，与桩间土一起形成复合地基。且复合地基承载力均＞180kPa。
（3）长螺旋钻机引孔可以减少对地层中土体的扰动，可保证顺利成孔；适用于砂质黄土、粉砂质黄土、夹砂层黄土等成孔困难的黄土地层。
参考文献
[1]TB10751-2010．高速铁路路基工程施工质量验收标准[S]．北京：中国铁道出版社，2011．
[2]林道富，徐志．柱锤冲扩桩法加固地基机理与施工技术[J]．岩土工程界，2009，（9）：36-39．
收稿日期：2018-04-27
作者简介：陈嘉僖（1982-），男，湖南桂阳人，中铁十二局集团第四工程有限公司工程师，研究方向：工程施工技术管理。
