地基基礎強夯法處理技術研究

班念偉

摘 要：強夯施工技術方式指的是將夯錘升到一定高度，然后直接砸向地面，給地基土面一個超強的錘擊效果和動力能量，進而對地面松軟土層進行壓縮，使土顆粒重新排列，經時效壓密達到固結，從而提高地基承載力，降低其壓縮性并減小或消除土體濕陷性的一種有效的地基加固方法，也是目前處理濕陷性黃土最為常用和經濟的地基處理方法之一。

關鍵詞：濕陷性影響；強夯技術施工；方案設計

1 黃土地基濕陷的性質和處理技術

首先，將黃土的微觀結構特征、孔隙特征與黃土的濕陷機理結合起來研究，這樣就能揭示黃土的工程性質的本質特征：黃土結構比較疏松，還有多孔性，特別是結構性孔隙是黃土濕陷性的第一空間條件，也可以稱為第一層次原因；黃土中不抗水顆粒之間的聯結，是濕陷性的第一重要條件，也可以稱為第二層次原因；黃土中不抗水顆粒之間的聯結主要是粘土中的水—膠的聯結，以及可溶鹽及溶液中離子的種類、濃度都會對濕陷性造成影響。其次，濕陷性黃土地基常用的處理方法包括墊層法、強夯法、擠密法、預浸水法等。本工程濕陷性地基土分布于整個擬建場地，需要整體處理，周邊建筑物及居民距場區距離較遠，采用挖隔振溝措施可消除強夯振動的影響。綜合考慮，本工程采用強夯法進行消除濕陷性處理，該方法施工周期短，施工質量易于控制，施工費用較低。

2 造成黃土濕陷性的原因

2.1 粒間的組成對濕陷性的影響。試驗說明，粘粒含量越少，濕陷性越強。粘粒在黃土的結構中主要起膠結作用，尤其是<0.002mm的細粘粒，它所起的膠結作用更加明顯。粘粒含量少時，黃土骨架的膠結形式主要是薄膜式，所以這種膠結強度較低，容易破壞，從而濕陷性強；粘粒含量高時，黃土骨架的膠結形式多為鑲嵌式，故這種膠結強度高，不容易破壞，從而濕陷性弱。一般來說，黃土中的粘粒含量超過30%時，濕陷性就會基本消失。

2.2 可溶鹽含量對濕陷性的影響。可溶鹽包括易溶鹽、中溶鹽和難溶鹽3種。由于可溶鹽在固態時對土粒起膠結作用，但是溶解后即呈離子狀態時就會與土粒表面吸附的陽離子發生置換，所以影響到黃土的濕陷性。一般認為易溶鹽（NaCl，KCl，Na2SO3，Na2CO3）含量高時黃土的濕陷性強；中溶鹽（CaSO4）含量多時濕陷性也越大；難溶鹽（CaCO3）在黃土中既起骨架的作用又起膠結的作用，即難溶鹽的含量越多，濕陷性就越弱。

2.3 含水率對濕陷性的影響。天然含水率比較低的黃土濕陷性較強，而天然含水率高的黃土濕陷性就比較弱。所以，當天然含水率>25%時，或者處于地下水位以下時，黃土就沒有濕陷性了。

3 實際案例

某住宅小區的地基處理，該工程上部建筑由4根截面尺寸為600mm×600mm的柱子承重，每根柱子上的結構荷載設計值為M=850kN·m，N=7580kN；絕對高程為856.0m，場地平坦，上部覆蓋黃土層>70m。地質勘察深度范圍內地層均屬第四紀中更新世至全新世洪積形成的，地層分布連續且比較穩定，主要由黃土狀粉土、黃土狀粉質粘土及老黃土構成，自上而下依次分為6層。

4 濕陷類型及濕陷等級的評價

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》地基土自重濕陷量Δzs、地基土的濕陷量計算值Δs：

式中δzsi，δsi—分別為第i層土的自重濕陷系數和濕陷系數；β0—因土質、地區而異的修正系數；β—考慮受水浸濕和側向擠出的修正系數；hi—第i層土厚。計算得出結論，濕陷量計算評價見下表所示

該工程中綜合考慮了以下2個因素對地基濕陷性的評價為：（1）該建筑為非用水建筑物；（2）在場地周圍地質環境不發生重大改變的情況下，該場地地下水位上升至現勘察深度范圍內的可能性幾乎不存在。因此，該工程可按自重Ⅲ級嚴重濕陷性來考慮，濕陷性土層為1，2，3層。所以，對該工程濕陷性地基的處理考慮采用的方案是：強夯法+樁基礎共同消除黃土的濕陷性的影響。

5 強夯施工方案設計

5.1 強夯能級。使用的能級主要取決于要求消除濕陷的深度，消除濕陷的深度越深，使用的能級也就越大，一般可用Menard修正公式估算有效加固深度為 （3）式中W—夯錘錘重；h—重錘落高；α—有效加固深度的修正系數。在擬建工程場地，采用6000kN.m能級強夯，用式（3）估算的有效加固深度為7.5m，滿足要求。

5.2 夯擊點布置及間距。該工程設計采用等邊三角形的布置形式，夯擊點間距取決于基礎布置、加固上層厚度和土質條件等因素；由于基礎的應力擴散作用，強夯處理范圍應大于建筑物基礎范圍，每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2～2/3。加固土層厚、土質差、透水性弱、含水率高的粘性土，夯點間距宜大，故夯錘底直徑為3.5m，夯擊點間距宜取為6.5m，落距20m。

5.3 夯擊次數及間歇時間。夯擊次數是取得較好夯實效果的一個重要方面，應根據地層特點通過試驗選擇最佳擊數。在該工程，單點1次連續夯擊數宜為8～10擊，可以根據工程的具體情況進行調整。間歇時間，是指相鄰夯擊2遍之間的時間間隔。對于濕陷性黃土，孔隙水壓力的峰值出現在夯擊完后的一瞬間，每遍的總夯擊能越大，則孔隙水壓力消散所用的時間就越長，孔隙水壓力消散，地基上穩定后，才能夠進行新的夯擊作業，一般情況下28d左右才能消散。因此，該工程的間歇時間取28d。

6 強夯技術質量控制

6.1 載荷試驗檢驗。對經過強夯的場地進行載荷試驗檢驗強夯效果。最大加荷量為60t，P-S曲線較平緩，沒有出現明顯拐點、加荷量大于設計荷載25t的2倍還多，按S/b=0.01，S是沉降量，b為承壓板寬度，不超過加載值的1/2，故該點的地基承載力基本值取為30t，對應的沉降量S為5.5mm。

6.2 土工試驗檢驗。在夯實前后取土樣進行土工試驗，得到夯實前后的土的物理指標，見下表所示。

通過以上檢驗結果可知，采用強夯的方法，夯實前后土層強度和土性參數都得到了很大的提高，加固效果非常顯著，基本上消除了黃土的濕陷性。

7 結語

強夯法在處理濕陷性黃上地基工程中，已經得到廣泛應用，該方法具有處理效果好、造價低、工期短等特點。濕陷性黃土又稱為大孔土，其特性是指黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后，土的結構迅速破壞，發生顯著的濕陷變形，強度也隨之迅速降低。黃土的濕陷性一般會導致地基承載力不足，不能滿足建筑設計的承載要求，還會給已有建筑物、構筑物帶來不均勻沉降等問題，對建筑物的安全正常使用造成很大的威脅。因此，在濕陷性黃土地區建筑的設計中，如何處理好地基的濕陷性非常必要。文中計算了強夯治理濕陷性黃土有效加固深度、加固后地基承載力的影響，結果表明，通過強夯的方法可以消除地基濕陷性的影響。