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摘 要：湿陷性黄土地区高填方路基在实际施工中面临着诸多问题，为了能够提高路基的整体施工质量，需要采用更加先进的方法和对策加强湿陷性黄土控制。无砂混凝土小桩处理技术通过成孔与注浆技术，可以有效加强黄土地基的预湿、预压处理，并在路基当中预加荷载，提高黄土的初始应力。基于此，本文首先探究黄土结构与力学性质，进而对无砂混凝土小庄技术进行，提出该项技术在处理湿陷性黄土高填方路基中的应用。
关键词：无砂混凝土小桩技术；湿陷性黄土；高填方；路基；应用
中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0199-02
引 言
我国地大物博、地质形态丰富，随着我国公路事业不断发展，当今新建公路工程数量也不断增多。我国中西部的黄土地貌分布十分广泛，湿陷性黄土路基荷载力较差，如果不进行后续处理很容易造成不均匀沉降和局部塌陷，导致路面结构层断裂，严重影响整个公路桥梁工程的安全。传统的湿陷性黄土路基处理技术适应性不强，并且在实际使用当中无法更好的控制湿陷性黄土。这就需要提出一种处理湿陷性黄土路基更好的技术，无砂混凝土小桩技术也因此而生，并逐渐发展成一种主流路基处理技术。
1 黄土结构特征以及力学性质
通过对我国黄土骨架颗粒进行分析总结可以发现，其大体上可以分为两大类，即粒状和凝块状；黄土骨架连接形式也分为两种，即点接触和面胶结。因为这些形态的影响，从而构成了我国独特的黄土空隙结构，其主要表现在：
（1）大孔隙。大孔隙主要是植物根孔和虫孔两种，通常占据总空隙体积的6～8%，大孔隙可以划分为次生和原生两种形式。原生孔隙结果较为稀松，是一种非稳定单元；次生空隙也称之为碳酸钙胶结成筒壁状，是一种水稳定单元。整体上大孔隙主要是因为次生水稳性孔隙构成，这不是造成黄土湿陷性的主要因素。
（2）架空孔隙。架空孔隙主要是因为一定量的骨架颗粒过于松散而造成的堆积孔隙，孔径相比构成空隙的颗粒更大，如果连续降雨会降低其连接强度，在一定压力下就会丧失稳定性，孔隙周围的土颗粒也会随之进入到孔隙当中，从而出现了湿陷性特点。
（3）粒间孔隙。粒间孔隙的物理大小相比周围颗粒更小一些，可以填补孔隙和裂缝，表现较为稳定，通常不会产生湿陷性问题。
（4）细孔隙。细孔隙主要是吸附水膜所占胶体颗粒之间的孔隙，此类孔隙具有非常弱的收缩性。
从本质上来说，黄土抗剪强度相比土颗粒、矿物质成分、粘粒、可溶盐、土体自身含水量、土体密实度有着直接关系。可以将黄土内聚力分为加固内聚力、原始内聚力，其中，原始内聚力是由颗粒间电分子造成的，主要大小决定于土体颗粒构成、扩散层离子成分、扩物质成分、土体密度；加固内聚力主要是因为化学胶结作用形成的，形成天然含水量较低的黄土，由于其内部存在着架空结构，所以缺乏紧密性，原始内聚力相对较小，加固内聚力较大，受到水体侵蚀之后会产生胶溶作用，从而降低了加固内聚力，甚至丧失内聚力，极大的降低了土体强度，从而引发湿陷问题。
2 无砂混凝土小桩技术
无砂混凝土小桩技术在长期发展中也在不断优化，传统的无砂混凝土小桩技术具有强配筋要求，配筋率要在1%以上，成本投入相对较高、施工周期长。而投石压浆无砂混凝土小桩技术的出现解决了此类问题。同时还可以避免压力注浆桩施工中注浆压力大、桩径大等问题。在实际使用当中具备可靠性好、设备简单、施工便捷等特点，采用小型机具配套设施即可施工，现场适应性非常强，并且实施过程中没有噪音、没有振动、对环境影响小，可以明显缩短施工周期，造价较为低廉。
投石压浆无砂混凝土小桩技术实际上就是小直径压力注浆桩，直径大约在150～450mm之间，结合路基黄土的实际情况与成桩设备因素，实际施工中的注浆桩直径在200～350mm之间，长泾比控制在30～60范围内即可，主要采用刚性桩。该项技术在粘土、淤泥土、粉土、砂土、黄土中皆有很强适应性，不仅能够在水位上进行成孔作业，还可以在有地下水的情况下成孔成桩。如果是粒径较大的卵石层、深厚淤泥层，需要采用现场成孔、成桩，并通过荷载试验确保其适应性。对于湿陷性黄土来说，要重点研究现场成孔工艺、压力灌浆技术效果，通过试验的方法确保施工现场的适应性。
无砂混凝土小桩处理技术的施工流程为：结合桩径设计标准，采用工程钻机或人工成孔到预定深度部位，之后再插入钢质注浆管（不拔出），之后向桩孔内投放一定碎石一直到孔口，待到封孔完毕之后通过注浆管向孔内进行注浆，从而完成施工。
3 无砂混凝土小桩处理技术在湿陷性黄土高填方路基处理中的应用
通常情况下，高速公路路基宽度会达到30～40m之间，因此可以采用大型机械设备进行施工，高填方地区通常需要在自然地面上铺设一层30～50cm的碎石，之后采用分层铺土碾压方法。对于非饱和黄土地基，高填方路基碾压施工必须要保证地基土壤的紧密性，但所采用的雨水渗透可能会造成黄土结构产生变化，后期变形问题十分严重。
无砂混凝土小桩处理技术表现为：成孔→插管投石→封孔注浆。在插管投石以及压力注浆过程中，需要注意以下几点：①在压力作用下，浆液会逐渐下渗将孔隙中液体排出，提高凝结性；②在临近桩孔压入浆液时，水泥浆会持续置换土体中的空气，让桩体变得更加密实，在无砂混凝土小桩及其周边形成复合性黄土，也就共同组成了符合性地基，让高填方黄土路基竖向承载力、压缩模量都能够有所提高；③在压力注浆时实则就是预浸水过程，待到高填方土体荷载大于黄土最初应力时，则浸水过程就能够充分发展湿陷性变形，也就是提前让黄土变形，降低后续处理的湿陷性，提高湿陷性起始应力，能够让黄土结构的湿陷性特点得到改善，从而确保土地内部结构的稳定性。
4 工程实例与对比分析
某高速公路工程要穿越湿陷性黄土地带，桥梁位于V型沟中，沟深12m，两岸皆是农田，沟心基岩有裸露，路线以30m板梁桥跨越该沟，桥中心最高可达到25m。本地区土壤最大冻结深度为0.2m。通过钻探可知，地表层主要是黄土状亚粘土分布，深度为3～15m，黄土、棕色土分布不均，湿陷性严重。
根据该地区的路基特性，工程师决定采用无砂混凝土小桩处理方法，桩径为150mm，桩长设计为22m，处理的路段宽度为30m，布桩方案为1.5×1.5m，每米石料用量为讲0.019m3，每米水泥用量为25kg。
本工程开始施工时，对采用无砂混凝土小桩处理桥梁的少台和没有处理的郑台进行對照分析，研究已经处理和未处理路基的变形规律，通过对两孔处沉降情况可以发现，采用无砂混凝土小桩处理技术的沉降系数有明显降低，并且所采用的无砂混凝土小桩处理郑台路基变形十分明显，是采用无砂混凝土小桩处理技术的4倍以上。由此可见，无砂混凝土小桩处理技术在湿陷性黄土路基处理中的适应性。
5 结束语
综上所述，针对湿陷性黄土高填方路基，传统的路基处理技术无法满足工程的质量要求。而采用无砂混凝土小桩处理技术能够有效提高黄土路基的变形能力，可以降低、避免后期降水造成的湿陷变形。这就需要全面加强对无砂混凝土小桩处理技术的研究，掌握该项技术的施工顺序和方法，并做好变形观测、安全检查等工作，这样才能够全面发挥无砂混凝土小桩处理技术的效益，提高高速公路工程的整体质量。
参考文献
[1]张 杰.基于变形控制的高填方路基后处理技术参数研究[D].郑州大学，2011.
[2]郭院成，周同和.高填方路基后处理技术及工程应用[J].岩土力学，2015（7）：1875～1876.
[3]王俊锋.深层搅拌桩在软土高填方路堤中的应用分析[J].黑龙江交通科技，2017（12）：526～527.
[4]张军杰，刘广勋，卜春锋.对高填方软土路基有效处理技术的探究[J].魅力中国，2013（26）：311～312.
收稿日期：2018-9-8
关键词：无砂混凝土小桩技术；湿陷性黄土；高填方；路基；应用
中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0199-02
引 言
我国地大物博、地质形态丰富，随着我国公路事业不断发展，当今新建公路工程数量也不断增多。我国中西部的黄土地貌分布十分广泛，湿陷性黄土路基荷载力较差，如果不进行后续处理很容易造成不均匀沉降和局部塌陷，导致路面结构层断裂，严重影响整个公路桥梁工程的安全。传统的湿陷性黄土路基处理技术适应性不强，并且在实际使用当中无法更好的控制湿陷性黄土。这就需要提出一种处理湿陷性黄土路基更好的技术，无砂混凝土小桩技术也因此而生，并逐渐发展成一种主流路基处理技术。
1 黄土结构特征以及力学性质
通过对我国黄土骨架颗粒进行分析总结可以发现，其大体上可以分为两大类，即粒状和凝块状；黄土骨架连接形式也分为两种，即点接触和面胶结。因为这些形态的影响，从而构成了我国独特的黄土空隙结构，其主要表现在：
（1）大孔隙。大孔隙主要是植物根孔和虫孔两种，通常占据总空隙体积的6～8%，大孔隙可以划分为次生和原生两种形式。原生孔隙结果较为稀松，是一种非稳定单元；次生空隙也称之为碳酸钙胶结成筒壁状，是一种水稳定单元。整体上大孔隙主要是因为次生水稳性孔隙构成，这不是造成黄土湿陷性的主要因素。
（2）架空孔隙。架空孔隙主要是因为一定量的骨架颗粒过于松散而造成的堆积孔隙，孔径相比构成空隙的颗粒更大，如果连续降雨会降低其连接强度，在一定压力下就会丧失稳定性，孔隙周围的土颗粒也会随之进入到孔隙当中，从而出现了湿陷性特点。
（3）粒间孔隙。粒间孔隙的物理大小相比周围颗粒更小一些，可以填补孔隙和裂缝，表现较为稳定，通常不会产生湿陷性问题。
（4）细孔隙。细孔隙主要是吸附水膜所占胶体颗粒之间的孔隙，此类孔隙具有非常弱的收缩性。
从本质上来说，黄土抗剪强度相比土颗粒、矿物质成分、粘粒、可溶盐、土体自身含水量、土体密实度有着直接关系。可以将黄土内聚力分为加固内聚力、原始内聚力，其中，原始内聚力是由颗粒间电分子造成的，主要大小决定于土体颗粒构成、扩散层离子成分、扩物质成分、土体密度；加固内聚力主要是因为化学胶结作用形成的，形成天然含水量较低的黄土，由于其内部存在着架空结构，所以缺乏紧密性，原始内聚力相对较小，加固内聚力较大，受到水体侵蚀之后会产生胶溶作用，从而降低了加固内聚力，甚至丧失内聚力，极大的降低了土体强度，从而引发湿陷问题。
2 无砂混凝土小桩技术
无砂混凝土小桩技术在长期发展中也在不断优化，传统的无砂混凝土小桩技术具有强配筋要求，配筋率要在1%以上，成本投入相对较高、施工周期长。而投石压浆无砂混凝土小桩技术的出现解决了此类问题。同时还可以避免压力注浆桩施工中注浆压力大、桩径大等问题。在实际使用当中具备可靠性好、设备简单、施工便捷等特点，采用小型机具配套设施即可施工，现场适应性非常强，并且实施过程中没有噪音、没有振动、对环境影响小，可以明显缩短施工周期，造价较为低廉。
投石压浆无砂混凝土小桩技术实际上就是小直径压力注浆桩，直径大约在150～450mm之间，结合路基黄土的实际情况与成桩设备因素，实际施工中的注浆桩直径在200～350mm之间，长泾比控制在30～60范围内即可，主要采用刚性桩。该项技术在粘土、淤泥土、粉土、砂土、黄土中皆有很强适应性，不仅能够在水位上进行成孔作业，还可以在有地下水的情况下成孔成桩。如果是粒径较大的卵石层、深厚淤泥层，需要采用现场成孔、成桩，并通过荷载试验确保其适应性。对于湿陷性黄土来说，要重点研究现场成孔工艺、压力灌浆技术效果，通过试验的方法确保施工现场的适应性。
无砂混凝土小桩处理技术的施工流程为：结合桩径设计标准，采用工程钻机或人工成孔到预定深度部位，之后再插入钢质注浆管（不拔出），之后向桩孔内投放一定碎石一直到孔口，待到封孔完毕之后通过注浆管向孔内进行注浆，从而完成施工。
3 无砂混凝土小桩处理技术在湿陷性黄土高填方路基处理中的应用
通常情况下，高速公路路基宽度会达到30～40m之间，因此可以采用大型机械设备进行施工，高填方地区通常需要在自然地面上铺设一层30～50cm的碎石，之后采用分层铺土碾压方法。对于非饱和黄土地基，高填方路基碾压施工必须要保证地基土壤的紧密性，但所采用的雨水渗透可能会造成黄土结构产生变化，后期变形问题十分严重。
无砂混凝土小桩处理技术表现为：成孔→插管投石→封孔注浆。在插管投石以及压力注浆过程中，需要注意以下几点：①在压力作用下，浆液会逐渐下渗将孔隙中液体排出，提高凝结性；②在临近桩孔压入浆液时，水泥浆会持续置换土体中的空气，让桩体变得更加密实，在无砂混凝土小桩及其周边形成复合性黄土，也就共同组成了符合性地基，让高填方黄土路基竖向承载力、压缩模量都能够有所提高；③在压力注浆时实则就是预浸水过程，待到高填方土体荷载大于黄土最初应力时，则浸水过程就能够充分发展湿陷性变形，也就是提前让黄土变形，降低后续处理的湿陷性，提高湿陷性起始应力，能够让黄土结构的湿陷性特点得到改善，从而确保土地内部结构的稳定性。
4 工程实例与对比分析
某高速公路工程要穿越湿陷性黄土地带，桥梁位于V型沟中，沟深12m，两岸皆是农田，沟心基岩有裸露，路线以30m板梁桥跨越该沟，桥中心最高可达到25m。本地区土壤最大冻结深度为0.2m。通过钻探可知，地表层主要是黄土状亚粘土分布，深度为3～15m，黄土、棕色土分布不均，湿陷性严重。
根据该地区的路基特性，工程师决定采用无砂混凝土小桩处理方法，桩径为150mm，桩长设计为22m，处理的路段宽度为30m，布桩方案为1.5×1.5m，每米石料用量为讲0.019m3，每米水泥用量为25kg。
本工程开始施工时，对采用无砂混凝土小桩处理桥梁的少台和没有处理的郑台进行對照分析，研究已经处理和未处理路基的变形规律，通过对两孔处沉降情况可以发现，采用无砂混凝土小桩处理技术的沉降系数有明显降低，并且所采用的无砂混凝土小桩处理郑台路基变形十分明显，是采用无砂混凝土小桩处理技术的4倍以上。由此可见，无砂混凝土小桩处理技术在湿陷性黄土路基处理中的适应性。
5 结束语
综上所述，针对湿陷性黄土高填方路基，传统的路基处理技术无法满足工程的质量要求。而采用无砂混凝土小桩处理技术能够有效提高黄土路基的变形能力，可以降低、避免后期降水造成的湿陷变形。这就需要全面加强对无砂混凝土小桩处理技术的研究，掌握该项技术的施工顺序和方法，并做好变形观测、安全检查等工作，这样才能够全面发挥无砂混凝土小桩处理技术的效益，提高高速公路工程的整体质量。
参考文献
[1]张 杰.基于变形控制的高填方路基后处理技术参数研究[D].郑州大学，2011.
[2]郭院成，周同和.高填方路基后处理技术及工程应用[J].岩土力学，2015（7）：1875～1876.
[3]王俊锋.深层搅拌桩在软土高填方路堤中的应用分析[J].黑龙江交通科技，2017（12）：526～527.
[4]张军杰，刘广勋，卜春锋.对高填方软土路基有效处理技术的探究[J].魅力中国，2013（26）：311～312.
收稿日期：2018-9-8