強夯法加固濕陷性黃土地基的理論與應用

賈 宏 錚

(山西省陽泉市建工集團總公司工程一處，山西 陽泉 045000)

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強夯法加固濕陷性黃土地基的理論與應用

賈 宏 錚

(山西省陽泉市建工集團總公司工程一處，山西 陽泉 045000)

闡述了強夯法的發展歷史和應用現狀，介紹了強夯法的技術特點及其適用范圍，通過試驗研究，分析了濕陷性黃土地基的成因，探討了濕陷性黃土的力學性質指標及其判定標準，并對強夯施工的技術要點進行了歸納總結，保證建筑物地基的承載力和加固效果。

強夯法，濕陷性黃土，力學性質，承載力

1 概述

1.1 強夯法的沿革與發展

夯實法是一種十分古老的加固地基的施工方法，甚至可以追溯到原始公社母系氏族社會時期，在我國社會文明發展的幾千年里，人們在加固地基時，大多數時候都采用夯實法，具體方法就是用夯(木夯、抬夯)、硪(石硪、鐵硪)等工具去加固土工構筑物的地基，常見的土工構筑物有：堤、壩、臺、墻(有房屋的墻壁、也有大的城墻)，進入 1940年以后，當時的蘇聯科學家提出了新的加固地基方法、方案，同時改進了夯實法所用的機具，從而推動了夯實法的發展，出現了重錘夯實法，并在 1950年以后，引進到我們國家，而且在太原化工區建設工程中，大量應用在濕陷性黃土地基的處理上，其所用重錘的重量為15 kN～40 kN，落距為2.5 m～4.5 m，可達到的加固深度為1 m～2 m。強夯法又被叫做動力固結法(Dynamic Consolidation Method)，或者動力壓實法(Dynamic Compaction Method)，這種方法就是重復將重量至少為8 t的重錘，提到高度至少為6 m的高空，然后使其自由落下，通過將重錘極大的沖擊力和振動效果作用在構筑物的地基上，從而能滿足構筑物地基土的抗壓強度，提高地基土的壓實度，使地基土的振動液化條件得到良好的改善，消除濕陷性黃土的濕陷性，從而使構筑物的地基土能滿足設計所需要的承載力、沉降等工程性質。由于強夯法具有加固效果十分明顯、適用各種類型的土壤、施工設備相對簡單、施工方案比較容易實施、機械化程度高、節省勞動力、施工速度快、施工期短、施工費用低和材料消耗低等諸多優點，故而在工程領域得到大量地應用研究。鄒立華等[1]通過采用強夯法加固濕陷性黃土地基歸納出振動在濕陷性黃土中的衰減規律,分析了加固振動對毗鄰建筑及人體舒適度的影響情況、黃土振陷產生的原因及條件；張孟喜等[2]通過進行濕陷性黃土地基強夯處理原位測試試驗,系統地研究了強夯引起的濕陷性黃土物理力學特性、密實度、濕陷性、比貫入阻力和承載力變化等擾動特性,并劃分了不同的擾動區域。駱行文等[3]采用強夯法處理濕陷性黃土地區的地基,并采用各種原位試驗處理強夯前后的地基,確定地基有效加固深度,并評價強夯法加固濕陷性黃土地基的加固效果；于克萍等[4]按照路基土不同的初始干密度及路頂單點夯和多點夯情況進行了強夯壓實試驗,分析了模型路基在強夯前后不同土層的壓實度變化規律、路頂分層土的夯沉量和側向擠出變形量以及強夯振動力沿路基深度水平向的傳遞規律。費香澤等[5]采用讀數顯微鏡位移跟蹤法,進行了黃土強夯模型試驗的研究,研究了影響強夯加固范圍的不同參數及其相互關系,確定了在這些主要因素影響下，強夯加固深度的計算公式,并分析了強夯機理。

1.2 強夯法的技術特點與適用范圍

1)強夯法的技術特點。

強夯法在技術方面有以下特點：適用于各種類型的土壤，可以應用的地區十分廣泛，另外強夯法加固后，土體表現的加固效果十分明顯，土體有效加固深度能達到的范圍很大、施工機具簡單、節省材料、降低工程造價、施工快捷等。

2)強夯法的適用范圍。

強夯法的適用范圍極其廣，幾乎所有天然土質的地基，比如雜填土、素填土、砂土、低飽和度的粉土、低飽和度的粘性土、濕陷性黃土、碎石土等。而且在采用常規方法都難以達到加固效果的土質，如大塊碎石類土以及生活垃圾、建筑垃圾或工業廢料構成的雜填土等，使用強夯法后加固的效果十分顯著。通過輔以置換等措施后，強夯飽和度較高的粘土和淤泥及淤泥質地基也能夠獲得一定的加固效果。

2 試驗研究

2.1 濕陷性黃土地基的成因分析

1)黃土濕陷現象。

本次試驗主要采用具有濕陷性的黃土來進行試驗，分析強夯法的加固機理及加固效果。濕陷性黃土是土體在其自重應力及其上部構筑物的附加應力單一作用或者聯合作用下，遇水后其原來的天然的顆粒組成及結構會迅速遭到破壞甚至崩潰，并且伴隨著結構的坍塌會發生特別明顯的附加沉降或者極大變形，這種特殊性質的土體被稱作濕陷性黃土。根據濕陷時性質的不同，濕陷性黃土又可細分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。

2)濕陷性黃土的原因。

黃土的濕陷性，這種性質阻礙了其在工程上的使用，甚至給工程帶來極其嚴重的經濟后果和技術難題。導致黃土具有濕陷性特征，究其原因主要是黃土本身所含有的物質成分。因此要解決黃土的濕陷性所帶來的難題，就必須先從濕陷性黃土的物質成分入手，分析物質成分對黃土結構組成的影響和水對物質成分的溶解效果。濕陷性黃土的物質成分可以從其物質成分和組織結構兩個方面來做具體的研究。

3)濕陷性黃土的組織結構。

土的組織結構，是指土顆粒與土顆粒之間的各種空間排列組合、膠結、填充等的相互組成關系。在宏觀上看，濕陷性黃土的組織結構，其特征主要是以蜂窩狀為主。這一類型的組織結構也就是我們通常所說的“開放式結構”；在微觀上看，濕陷性黃土的組織結構，它有明顯的與區域性有關的變化規律，即在區域上說，從我國的西北地區逐漸過渡到東南地區，濕陷性黃土的組織結構則由粒狀架空接觸式結構逐漸過渡到鑲嵌、膠結、凝塊式結構，這樣的區域性規律就直接影響到黃土的濕陷性，導致黃土的濕陷性由西北向東南逐漸減弱。

2.2 濕陷性黃土的力學性質

1)物理性質見表1。

表1 濕陷性黃土的物理性質

2)力學性質。

黃土的力學性質指標，主要有抗剪強度、壓縮系數、無側限抗壓強度(即單軸抗壓強度)、凝聚力、靈敏度等。我國濕陷性黃土主要集中在山西、陜西黃土高原區，這片區域的黃土的壓縮系數和抗剪強度如表2所示。

表2 濕陷性黃土抗剪強度指標表

2.3 濕陷性黃土的評價

1)濕陷性的判定。

黃土的濕陷性評價通常經過以下三個步驟：首先要根據黃土土層在垂直方向和水平方向上的具體分布以及在各個方向的厚度，另外還要測定地下水位的深度等，從而判定這部分黃土土層是否可能會具有濕陷性；如果判定這部分黃土土層具有濕陷性，那么需要根據濕陷性質的不同，繼續判定其是自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土；最后計算濕陷系數，根據濕陷系數判定這部分黃土的濕陷等級[6]。

2)濕陷系數。

根據GB 50025—2004濕陷性黃土地區建筑規范的規定，通常有三種方法來測定黃土的濕陷性及濕陷等級，包括現場靜載荷試驗、現場試坑浸水試驗和室內壓縮試驗。

3 強夯法施工要點

3.1 確定設計目標

對于強夯法所需要確定的設計目標，主要包括強夯的單擊夯擊能、單位面積的夯擊能、所需要夯擊的遍數(其中包括夯擊的批次)以及夯點的布置間距。這些設計目標都需要根據實際工程的要求進行設定，不同的工程設計的參數一定不同，首先根據工程強夯加固后的土層所需要達到的地基承載力、壓縮模量、有效加固影響深度等一系列的參數，特別是要強夯加固后滿足消除地震液化所需的深度和消除黃土濕陷所需的深度，然后以上述參數為依據，再結合所加固土層的類型和土層的相關特征，確定強夯施工的施工參數即強夯法施工的設計目標。并且還要根據實際工程的需要，確定是否需增加墊層及填料來滿足設計所需要的承載力和加固深度，如果需要增加，則還需確定增加的墊層或者填料的厚度及深度[7]。

3.2 試夯

一般情況在小片試區內進行試夯，必要時應對比不同單擊夯擊能，以此來提供合理的選擇。單點夯要安排測量地表的豎直、水平位移；測定每次夯擊后夯錘下沉的數量值，并記錄數值；測量夯擊所造成夯坑的深度、直徑，并計算夯坑的體積，記錄這些數值；測量孔隙水壓力的增長值和消散值，及其增長和消散所用的時間；測量強夯過程中所引起振動的影響范圍和振動影響值；如有填料，測定夯坑中填料的厚度及填料的次數。在夯擊時效后，進行分析檢驗，其內容包括加固土層的抗剪強度值、壓縮模量值、滲透系數、含水量、密度、孔隙比等參數、十字板剪切試驗、動力觸探、標準貫入試驗、靜力觸探試驗、旁壓試驗、波速試驗、載荷試驗等。另外在夯坑的坑心和坑側都應布置大量的試驗孔。一般試夯的區域都比較小，為了保證試夯具有代表性，所以試夯區應盡量布置在施工現場有代表性的地段；試夯的面積要根據布點要求來確定其大小，這樣就可以使試夯區內部的檢驗也具有代表性。試夯的測試內容主要包括單點夯的所有內容、夯坑各次夯擊的填料量及其施工現場場地的下沉量，所得到的這些參數，在正式施工時，可以正確地預留下沉量，檢驗強夯后土體的加固效果。每遍夯擊后都要進行測試夯點間距，以便在夯擊過程中正確調整夯擊遍數。

[1] 鄒立華,趙建昌,陳全紅.濕陷性黃土強夯加固振動試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2005(18)：58-59.

[2] 張孟喜,王玉玲,馮建龍.黃土受強夯擾動的工程特性與環境公害研究[J].巖土力學,2004(12)：100-101.

[3] 駱行文,陳靜曦,王吉利.強夯法處理黃土地區公路地基試驗研究[J].巖土力學,2004(4)：180-181.

[4] 于克萍,程 俠,折學森.強夯處理黃土路堤的模型試驗[J].長安大學學報(自然科學版)，2003(4)：80-81.

[5] 費香澤,王 釗,周正兵.黃土強夯的模型試驗研究[J].巖土力學,2002(4)：35-36.

[6] 《地基處理手冊》編寫委員會.地基處理手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2000.

[7] 鄭俊杰.地基處理技術[M].武漢：華中科技大學出版社，2004.

The theory and application using dynamic compaction method reinforcement of collapsible loess foundation

Jia Hongzheng

(TheFirstEngineeringDepartment,ShanxiYangquanConstructionEngineeringGroupCorporation,Yangquan045000,China)

This paper elaborated the development history and application status of dynamic compaction method, introduced the technical characteristics and its applicable scope of dynamic compaction method, through the test research, analyzed the causes of collapsible loess foundation, discussed the mechanical properties index and its judge standard of collapsible loess, and summarized the technical points of dynamic compaction construction, ensured the bearing capacity and reinforcement effect of building foundation.

dynamic compaction method, collapsible loess, mechanical property, bearing capacity

1009-6825(2016)05-0087-02

2015-12-09

賈宏錚(1977- )，男，工程師

TU472.31

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