强夯技术在湿陷性黄土地基处理中的应用研究

【摘要】。 湿陷性黄土又称为大孔土，其特性是指黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之迅速降低。作为湿陷性土的典型代表――黄土，在全世界的分布比较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约占10％，亚洲约占30％；我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约为43万平方公里。主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青海等省区,新疆部份地区也有，其物质主要来源于沙漠与戈壁,黄土的湿陷性一般会导致地基承载力不足，不能满足建筑设计的承载要求，还会给已有建筑物、构筑物带来不均匀沉降等问题，对建筑物的安全正常使用造成很大的威胁。因此，在湿陷性黄土地区建筑的设计中，如何处理好地基的湿陷性非常必要。

【关键字】强夯技术，湿陷性黄土，地基处理，应用分析

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

一．前言

强夯法加固湿陷性黄土地基是国内应用最早的一种经济高效、节能环保的地基处理力一法.在国内数白项工程中得到广泛的应用.并取得良好效果。针对西北地区常见的湿陷性黄土.地方标准DBJ24-9-90《强夯法处理湿陷性黄土地基规程》中对强夯地基处理力一法有详细的规定。强夯法对于消除黄土湿陷性.提高其地基承载力和压缩模量均有较好的效果。经高能级强夯处理后的黄土地基可作为住宅、车间、厂房、油灌、机械设备基础等建(构)筑物的地基。在笔者经历过处理湿陷性黄土地基重大工程中，2008年喀什市老城区改造工程20万m2湿陷性黄土地基.是喀什地区率先采用8 000 kN.m高能级的强夯工程项日.加固深度达到11. 5 m,基本消除了黄土的湿陷性。随着西部大开发的逐步深入.大量基础设施的建设对湿陷性黄土地基处理的要求也越来越高。

二．工程概况

2008年喀什市老城区改造工程主要包括学校、医院、住宅、社区等建(构)筑物.占地而积约20万m2。该工程场地位于吐曼河冲积平原湿陷性黄土地区.需处理地基而积约12万m2.处理厚度约10 m。

该场地地层为第四系冲、洪积瓢性土、砂土及卵石。场地经回填碾压整平.地而标高为1049. 42 到1046. 96 m。土层自上而下可分为:

1.素填土:主要为褐黄色粉质瓢土.含少量砖块及瓦片。经过碾压.土质不均.厚度1. 7 到3. 5 m・可塑一硬塑。

2.黄土状粉质瓢土:黄褐色.为新近堆积黄土.具湿陷性.厚度为0.6 到3. 7 m.可塑一硬塑。该层土质较差.强度低。

3.黄土状粉质瓢土:褐色.局部具湿陷性.层厚为0.4到2.8m.硬塑。土质较好。

4.黄土状粉质瓢土:褐黄色.具湿陷性.层厚8. 0到10. 9 m.可塑一硬塑。

5.粉质瓢土:浅棕色.厚度为3. 60到6. 90 m, 可塑一硬塑。

该场地内湿陷性土层厚12 m左右.湿陷等级为一级(轻微)一二级(中等)非自重湿陷.总体趋势由南向北湿陷程度渐轻.且北部地层不具自重湿陷性。

三．影响黄土湿陷性的因素

1．粒间的组成对湿陷性的影响

试验说明，粘粒含量越少，湿陷性越强。粘粒在黄土的结构中主要起胶结作用，尤其是

2．可溶盐含量对湿陷性的影响

可溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐 3 种。由于可溶盐在固态时对土粒起胶结作用，但是溶解后即呈离子状态时就会与土粒表面吸附的阳离子发生置换，所以影响到黄土的湿陷性。一般认为易溶盐（NaCl，KCl，Na2SO3，）含量高时黄土的湿陷性强；中溶盐（CaSO4）含量多时湿陷性也越大；难溶盐（CaCO3）在黄土中既起骨架的作用又起胶结的作用，即难溶盐的含量越多，湿陷性就越弱。

3．含水率对湿陷性的影响

天然含水率比较低的黄土湿陷性较强，而天然含水率高的黄土湿陷性就比较弱。所以，当天然含水率>25%时，或者处于地下水位以下时，黄土就没有湿陷性了。

4．干重度对湿陷性的影响。黄土的干重度越小，孔隙比就越大，湿陷系数也就越大。一般认为当干重度>15 kN/m3时，黄土的湿陷性基本上就没了。

四．地基处理方案

强夯法处理地基设备简易、原理简单、适用面广、节省材料、造价较低、加固效果明显，施工周期短，是一种节能环保经济的地基处理方法，对于消除黄土湿陷性，提高其地基承载力和压缩模量均有较好的效果。针对本项目以及目前国内强夯技术的发展，对较深层的湿陷性黄土宜采用强夯法进行处理。此外，场地内还有大量的土洞处理回填区域，深度约４ｍ至６ｍ，土质很不均匀，采用强夯法处理可使其均匀程度与其他区域基本一致。经过论证，确定对该场地采用高能级强夯法处理。

1.方案设计

强夯能级的选择以消除黄土湿陷性为主，同时提高地基承载力，使用的能级及有效加固深度取决于预期消除湿陷的深度。设计要求处理后的地基承载力标准值ｆk≥２００ｋＰａ，部分区域ｆk≥２５０ｋＰａ。根据设计要求，对本场地一般区域采用６０００ｋＮ・ｍ能级强夯，对重大构筑物地基采用８０００ｋＮ・ｍ能级强夯。个别构筑物的基础承受荷载较大，要求地基具有足够的承载力和抵抗变形的能力；因此，在个别地基的夯坑内填入一定厚度的砂石料再夯实，以提高地基表层承载力，减少地基不均匀沉降。

2.现场施工参数

本工程强夯均采用４遍成夯工艺，其中两遍主夯，一遍辅助夯和主夯点 加固，一遍满夯。８０００ｋＮ・ｍ夯区第一、二遍主夯能级均为８０００ｋＮ・ｍ，主夯点间距为８ｍ×８ｍ，间隔跳打，击数不少于１２击；第三遍辅助夯能级为３０００ｋＮ・ｍ，夯点间距４ｍ×４ｍ，击数不少于８击；第四遍满夯能级为２０００ｋＮ・ｍ，主要加固表层土，击数为２击，要求锤印彼此搭接１／３。６０００ｋＮ・ｍ夯区成夯工艺除两遍主夯点能级改为６０００ｋＮ・ｍ以外，其他参数与８０００ｋＮ・ｍ强夯区参数相同。

五．强夯效果检测及监测

1.有效加固深度

强夯的有效加固深度从起夯面算起，有效加固深度的判定以处理后满足设计 所 需 的 深 度 为 标准。

（一）由干密度判断有效加固深度。图１为装置北区（装置区以Ａ＝１９２７．０为界分南北两区）夯前、夯后干密度与标高关系图。由图１可知，在标高１３５．０ｍ以上，干密度提高幅度较大，比夯前增大１０％～１８％；在标高１３５．０ｍ以下，土的干密度与夯前互有大小，说明此深度以下土体虽受强夯冲击能影响，结构受到扰动，但不足以达到加密效果。通过对夯前、夯后土的干密度对比分析判定装置北区的强夯加固深度为１５ｍ。

（二）由湿陷性判断有效加固深度。从夯前、夯后土的湿陷性试验结果对比分析可知，夯后地基土的湿陷性系数明显减小，且均小于0．01，如图２所示。说明强夯后原黄土层的湿陷性已消除，就消除湿陷性而言，强夯的加固深度为１３ｍ。

（三）由标贯击数判断有效加固深度。本场地共进行了５３个孔的标准贯入试验，击数在５～２７击之间，平均值为１１．３击。图３为典型孔夯前、夯后的标贯击数Ｎ－标高Ｈ散点图。由图可知，在标高１４０．０ｍ以上，击数Ｎ不高，且具有一定的离散性。这是因为本场地土层基本为粉质黏土，且从停夯到检测仅间隔一周左右，夯后超孔隙水压力尚未完全消散；另外黄土是一种具有结构性强度的土，强夯破坏了它的原状结构，土的强度恢复和增长需要一定时间。由图３可知，标高１４０．０ｍ以上，标贯击数有一定程度的增高，由标贯击数判定强夯有效加固深度为１０ｍ。

从夯击前后各种指标的对比分析可见，自起夯面到地下一定深度，即标高１３５．０ｍ以上，加密效果较好，其指标表现为压缩性、孔隙比明显减小，干密度、承载力明显提高，强夯有效加固深度范围为１１～１４ｍ。由于强夯处理效果受许多因素如施工参数、施工工艺、地层结构等的影响，因此加固深度是有变化的，不同能级的加固深度及修正系数见表1。

表1 不同能级强夯的加固深度及修正系数

2.表层地基土的承载力为确定地基承载力，本场地共选取８个试验点进行平板载荷试验，从承载力结果来看，８个试验点中有５个试验点的结果达到设计要求，有３个试验点的结果偏低。根据当时实际情况分析，出现这种情况的主要原因是这３个试验点处的地基土含水量偏大，而其干容重与其他５个点处地基土的干容重基本一致，从而导致试验结果偏低。

本场地夯后土的承载力标准值达到２００ｋＰａ，比夯前提高１７．６％～１０％；加石料表层的承载力达到２５０ｋＰａ，如图４所示。

3.夯后不同时期检测结果的比较

强夯结束半年后，考虑到随着时间的推移，地基强度有一定的恢复和增长，因而进行补充钻孔，在构－１７－５、构－１８－２范围布置３个技术孔，进行钻孔、取土样及标贯试验。

检测表明.标高1044. 0 m以上.1号、2号孔检测结果略优于原检测结果.而3号孔的检测结果较原检测结果略差。由3号孔的检测结果可知.与原检测结果相比.干密度降低2%.孔隙比增加2%.压缩系数增加9%.承载力降低2.900}500.标贯击数减少21. 5 0 o。其原囚一是该地层处于表层.受雨水影响较大;一是随时间的推移.土中孔隙水压力的消散.受夯压的土体有轩微的反弹影响。

在1044. 0}-1040. 5 m地层范围内.检测结果比原检测结果稍好.干密度增加4.9%.孔隙比降低7. 900.承载力提高6. 700.标贯击数增加42. 7000这说明在强夯影响的中部地层.随时间的推移.土体结构强度略有提高。

在1040. 0}-1035. 0 m地层范围内.检测结果比原检测结果略差或基本相同。这说明.该地层埋藏较深.受强夯影响较小.地基土强度无明显变化。

4.基坑开挖情况分析

夯后基坑验槽情况表明.本场地经强夯后表层存在不均匀性.部分土层含水量较高.为此提出如下意见:1)除小型设备基础基坑可进行观察验槽外.其余基础的基坑均应进行钎探验槽;2)该场地地层大部分为粉质瓢土.验槽钎探击数不小于28击或击数20-27击、干容重不小于1. 70g/cm3、含水量小于20%为满足设计要求;否则为不满足设计要求.应进行处理。

基坑钎探验槽结果可基本反映出夯后地基土的均匀状况。从整体来看.从北向南大部分场地土层较密实.分布较均匀.钎探击数较高.81%以上的钎探结果符合设计要求。局部区域基底土层分布不均匀.含水量较高.出现软弱土层.钎探击数较低.基坑须采用2:8灰土进行处理。

5.构筑物沉降监测

对个别建(构)筑物进行沉降观测.能很好的检验地基土的压缩性.同时也能真实的反映地基的实际变形情况。地基规范和塔基础设计规范中规定:1)当构筑物高度H≤100 m时.容许沉降量为100 mm ;经过二年的沉降观测，地基沉降情况良好。

六．结束语

强夯法在处理湿陷性黄上地基工程中，已经得到广泛应用，该方法具有处理效果好、造价低、工期短等特点。文中计算了强夯治理湿陷性黄土有效加固深度、加固后地基承载力的影响，结果表明，通过强夯的方法可以消除地基湿陷性的影响。

参考文献：

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[3]冲击压实技术在湿陷性黄土地区应用的研究颜海河北工业大学2010-10-01硕士

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[5]强夯法在处理湿陷性黄土地基中的应用研究郑翔西安建筑科技大学2007-03-01硕士

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