強夯法處理膨脹性填土地基的應用研究

張家柱 代世軍

強夯法處理膨脹性填土地基的應用研究

張家柱 代世軍

一、膨脹性填土地基強夯加固的可行性分析

就膨脹性填土地基而言，其水平和垂直方向上的不均勻性以及含水率的紊亂性，是引起地基不均勻升降的不利因素。為了使建成后的房屋不受膨脹土的吸水膨脹和失水收縮而引起破壞。如何處理好膨脹性填土地基是本次研究的主要內容。

國外文獻指出：膨脹土的膨脹壓力隨初始干密度的增大而增大。當干密度降低時，膨脹壓力迅速地趨向零。當干密度增大時，膨脹壓力則急劇增大并趨向無窮大（見圖1），這表明地基夯得過于密實，則膨脹對建筑物的破壞將是極其嚴重的。顯然，這與加固填土地基的要求相矛盾。因此，對膨脹性填土地基上利用強夯加固的可行性，有人持否定意見。但分析圖1的曲線后，膨脹壓力主要取決于干密度，如果將干密度控制在膨脹壓力不致于過大的范圍（即1.60～1.70g/cm3）內，并規定一個合理的地基承載力和壓縮系數，則建筑物的不均勻沉降可以人為地加以控制。針對膨脹土上述的工程性質，選用強夯施工主要參數時，除考慮一般粘性土的共性外，必須研究其特殊性，也就是說，除滿足一定的地基強度和地基變形要求外，必須探討該處膨脹性填土隨干密度變化的脹縮性規律。

二、場地膨脹性填土工程特性

場地填筑土料為當地的膨脹性粘土，由洪積形成，夾少量鐵錳結核；黃褐色、硬塑狀態。膨脹性填土的礦物組成以伊利石為主，含少量蒙脫石，顆粒組成為砂粒（＞0.05mm）占12%，粉粒（0.05～0.005mm）占56%，粘粒（<0.005mm）占32%。系采用汽車傾填、推土機整平和碾壓的方式進行填筑，填土層厚度5.0m左右。碾壓后的填土及填土底面以下天然土的物理、力學性能及脹縮性能指標見表1。

三、強夯加固的工藝試驗及主要施工參數

1.工藝性試驗結果

通過對場地膨脹性填土的強夯試驗,得出膨脹性填土地基的最后一錘夯沉量與干密度的關系見表2。

經對試驗成果分析,確定場地膨脹性填土的夯實干密度按1.60g/cm3來進行控制是比較合適的。

2.主要施工參數

圖1 恒定含水率試樣不同密度對膨脹壓力的影響

表1 膨脹性填土及天然地基土的試驗成果

表2 各夯擊階段的干密度值

（1）起重設備采用W1001履帶吊車，夯錘采用圓柱型，直徑2.10m，錘重10.5t，落距 10m，單點夯擊能為1050kN·m。其有效加固深度按Menard公式計算：

式中：H—有效加固影響深度，m；

M—夯錘的質量，t；

h—落距，m；

α—加固深度修正系數，取0.6。 =6.1m≥5.0m，滿足加固填土深度的要求。

（2）夯擊點布置：按間距5.0m的梅花型布置，場地上共設計夯擊點186個，采用3遍間斷夯擊的辦法，間歇時間15～20d，用水準儀觀測夯擊點的沉降量；夯擊過程中用最后一錘的夯沉量不小于10cm進行定量控制，即：

第一遍，最后一錘的夯沉量控制在15cm；

第二遍，最后一錘的夯沉量控制在10cm；

第三遍，最后一錘的夯沉量小于10cm，若大于10cm則加夯。

（3）夯擊次數及夯沉量：每夯擊點的夯擊次數為8～9擊，單位平均夯擊能量為1120～1870kN·m/m2。

四、強夯加固后的效果檢驗與評價

1.靜力觸探原位試驗成果

強夯加固前、后分別在場地上布置了8個靜力觸探孔，根據試驗成果,按照填土的深度,自上而下統計出每米深度范圍內夯實前、后的結果見表3。

2.靜載荷試驗成果

強夯前、后在場地上分別進行3處試驗點的靜載荷試驗，其中在強夯后的地基中增加了3處試驗坑被水浸泡10d以后的靜載荷試驗，結果見表4。

3.強夯后膨脹性填土地基的主要特性指標

強夯前、后在場地上分別進行5處鉆孔試驗，鉆取填土試樣，分別進行脹縮性和壓縮性試驗結果見表5。

4.強夯加固后的膨脹性填土地基評價

（1）場地膨脹性填土地基經強夯加固后，實測場地的平均夯沉量為89.5～107.1cm。填土的夯實干密度基本控制在1.60g/cm3左右。填土地基的膨脹壓力在40～70kPa范圍內變動。在處理后的場地上建造建筑物時，只要其基底處應力控制在不小于80kPa左右，這就相當于向膨脹土上施加了相反的力。即使是地基產生浸水，也不致于產生向上的膨脹變形。無論在何種條件下強夯后的膨脹性填土地基都滿足承載力要求。

表3 每段深度內平均比貫入阻力Ps值統計成果

表4 靜載荷試驗成果

表5 膨脹性填土層強夯前、后的主要特征指標

（2）強夯后填土的干密度有所提高而其含水率有所降低，即使是在恒定含水率時，隨著干密度的增大線縮率也略有下降。說明強夯后的膨脹性填土對改善收縮性能是有利的。

（3）該場地膨脹性填土地基，當干密度夯實達到1.60g/cm3左右時，填土的壓縮性顯著降低，孔隙比由最大1.05減小到0.70～0.80左右，說明填土地基已趨向均勻，對有效地控制建筑物的不均勻沉降起到了關鍵性作用。

（4）由于填土地基的不均勻性較為顯著（如填料塊粒大小不一，機械碾壓時壓密程度不一致，天然地面起伏，填土厚簿不一），故強夯時，應用最后一錘的夯沉量作為控制施工參數，比控制總的夯擊擊數更為合適。

五、結語

膨脹性填土地基采用強夯法進行加固，強夯控制標準按最后一錘的夯沉量不小于10cm執行，最終夯實后場地填土的干密度達到1.60g/cm3左右，此時夯實后的膨脹性填土的膨脹壓力在40～70kPa，小于建筑物基底處的應力，填土地基的線縮率有所降低。同時填土地基的壓縮性達到中等偏低壓縮性地基的要求，消除了填土的不均勻性對建筑物的影響。加固后的膨脹性填土地基與同類膨脹土天然地基的同一指標相比未出現惡化現象。因此，經強夯后的膨脹性填土地基在取得其主要脹縮性指標后，參照《膨脹土地區建筑技術規范》中規定的同等膨脹土天然地基的有關條款進行設計是可行的。根據實踐經驗，已建成的房屋運行多年未出現任何異常情況，因此，用強夯法來加固膨脹性填土地基是可行的

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學研究院 233000）

（專欄編輯：張 婷）