南水北調中線一期工程黃土狀土強夯試驗分析

□唐建立 □王樹奎（河南省水利勘測有限公司）

一、概述

南水北調中線工程是從水量豐沛的長江流域向缺水的華北平原輸水，是緩解河南、河北和京津地區水資源危機的特大型跨流域調水工程。其河南省新鄉施工段某標段內分布很多濕陷性黃土狀土，巖性主要為第四系上更新統及全新統沖洪積及坡洪積成因的次生黃土。因此，濕陷性黃土狀土的處理對該標段工程進度及安全顯得尤為重要。

二、黃土狀土的特性

區內黃土狀土的微觀孔隙類型與土的形成時代、成因類型的關系表現為：全新統黃土狀土骨架單元多為開放式或次開放式架空結構，連接疏松，土中架空空隙較發育；晚更新統黃土狀土碎屑顆粒和粘土聚集體形成的骨架結構致密程度不一，大部分結構較疏松，存在粒間架空孔隙，潛在弱～中等濕陷性。它的這種特性，會使渠岸及結構物大幅度沉降、折裂、傾斜，嚴重影響其安全和使用。

三、強夯法在黃土狀土的應用

強夯法又稱動力壓實法或稱動力固結法，該法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。由于設備簡單，原理直觀，適用廣泛，特別是對非飽和土加固效果顯著。這種方法加固地基速度快，效果好，投資省，是當前最經濟簡便的地基加固方法之一。

四、黃土狀土的強夯試驗及分析

應用強夯處理黃土狀土應考慮濕陷性黃土處于哪一種類別以及場地等因素，因為強夯的夯擊能量，夯點布置，夯擊深度，單點夯擊次數和遍數等因場地而異。目前強夯法尚無成熟的設計計算方法，主要的施工參數如有效加固深度、夯擊能、單點夯擊次數、夯擊遍數、夯擊點布置和處理范圍等根據規范或工程經驗初步選定，其中有些參數應通過試夯或試驗性施工進行驗證，并經必要的修正最終確定。

（一）試驗區的選擇

根據場地的復雜程度、土質的均勻性、地下水位和場區的類別等綜合確定試驗區。現依據南水北調中線新鄉施工段某標段實際情況，將強夯試驗區確定為：試驗Ⅰ區為左岸IV115+390～IV115+476.5，試驗Ⅱ區為右岸IV115+407.2～IV115+490；在試驗區內地層情況為：上部6.0m一般為黃土狀重粉質壤土，局部稍深，可達6.5m，天然含水量15.3%～26.1%，天然干密度平均值1.56g/cm3；濕陷系數多為0.015～0.043，具輕微～中等濕陷性，為非自重濕陷性黃土，場地地基濕陷等級為I級（輕微）；黃土狀土下部為重粉質壤土，部分為粉質粘土，為含水層，具微～弱透水性，賦水條件較差，對上部黃土狀重粉質壤土影響較小。

（二）主要施工參數的選擇

強夯法主要是根據工程要求的加固深度和加固后要求達到的主要技術參數來確定有效的加固深度。黃土狀土地基的加固主要是消除濕陷性，在有效加固深度內，土的濕陷性系數均應小于0.015。所以有效加固深度是選擇強夯施工采用的夯擊能的主要依據。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）的規定和渠段的地質情況，本次夯點按正三角形布置，采用夯擊能2000kN·m，錘重18.4t，落距10.9m（第一、二遍夯）；夯擊能1000kN·m，錘重10t，落距10m(第三遍滿夯)；夯擊次數分別為10擊（第一、二遍夯）和3擊(第三遍滿夯)，處理深度6m，對于試驗Ⅰ區消散期定為2周、試驗Ⅱ區消散期定為3周的施工參數。

單點夯擊次數控制標準一般以最后兩擊平均夯沉量不超過50mm、夯坑周圍地面不應發生過大的隆起、不因夯坑過深而發生起錘困難。在試驗區工作完成后，對試驗區所有夯點的夯沉量數據進行了綜合統計，分別計算出每區每遍的每擊夯沉量平均值，并以此繪制出試驗Ⅰ區和試驗Ⅱ區的夯擊次數與累計夯沉量關系曲線。

圖1 試驗Ⅰ區夯擊次數與累計夯沉量關系曲線圖

圖2 試驗Ⅱ區夯擊次數與累計夯沉量關系曲線圖

（三）強夯試驗結果分析

在強夯施工前后，對試驗Ⅰ區和試驗Ⅱ區的原狀土及夯后地基進行取樣，每區夯前夯后各取三組，進行干密度、含水率及濕陷性系數等項目檢測。并對試驗結果進行了綜合統計，以下是試驗結果統計，干密度、濕陷系數對比表，見表1、表2。

表1 試驗Ⅰ區強夯前后干密度、濕陷性系數對照表

表2 試驗Ⅱ區強夯前后干密度、濕陷性系數對照表

經過強夯前后干密度、濕陷性系數對比、分析，強夯后干密度均大于強夯前干密度，且濕陷性系數均滿足小于0.015的規范要求，由此可知試驗Ⅰ區、Ⅱ區均能滿足地基處理深度6m的要求。

五、結語

由上可知，試驗Ⅰ區、試驗Ⅱ區試驗結果均符規范和相關規定的質量標準要求，但試驗Ⅰ區消散期較短，考慮到施工進度需要，在同樣滿足施工要求前提下，選擇消散期較短的試驗參數。因此該標段后續黃土狀土強夯施工處理中，建議施工采用單點夯擊能2000kN·m、錘重18.4t，落距10.9m（第一、二遍夯）；夯擊能1000kN·m，錘重10t，落距10m(第三遍滿夯)；夯擊次數分別為10擊（第一、二遍夯）和3擊(第三遍滿夯)，消散期2周作為強夯施工指導參數。