強夯法在濕陷性黃土地基處理中的實際應用

曾 祥 玉

(陜西通宇公路研究所有限公司，陜西 西安 710064)

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強夯法在濕陷性黃土地基處理中的實際應用

曾 祥 玉

(陜西通宇公路研究所有限公司，陜西 西安 710064)

介紹了濕陷性黃土的機理，依托國內外已有研究成果，并結合韋羅高速公路施工和設計過程中的實際情況,實驗驗證了強夯法對韋羅高速公路的適用性,同時分析了強夯法的施工參數及施工工藝，以達到預期的處理效果。

濕陷性黃土，強夯法，地基，承載力

0 引言

濕陷性黃土是一種黃色粉狀土，在自重應力及附加應力作用下，受地表水或地下水浸濕后，土質發生形變，強度隨之迅速降低。項目所在地黃土為上更新統風積黃土，具Ⅱ級～Ⅲ級濕陷性,根據物理性質，濕陷性分為非自重濕陷性和自重濕陷性兩種。雖然各地區黃土受自然條件的影響較大，土質各有不同，但總體具有結構疏松、孔隙發育等特點，成分主要為粉土顆粒，而粉土顆粒中又以粗粉土顆粒為多，粘土顆粒較少，夾雜部分細砂顆粒，同時含有多種礦物成分及水溶鹽。在未受水浸濕時，一般強度較高，壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕，土結構會迅速破壞，產生較大附加下沉，強度迅速降低。在天然孔隙比和含水量不變的情況下，隨著壓力的增大，黃土的濕陷量增加，但當壓力超過某一數值后，再增加壓力，濕陷性反而減少。

濕陷性黃土地基處理的目的主要是通過消除黃土的濕陷性，提高地基的承載力。目前，在濕陷性黃土處置過程中，國內外最常用的幾種方法為換填墊層法、土樁擠密法、強夯法、樁基礎、重錘夯實法、預浸水法等，工作機理是破壞濕陷性黃土的孔隙結構， 以便全部或部分消除地基的濕陷性。

各種方法各有其利弊，濕陷性黃土地區工程重中之重便是“因地制宜，適時處治”。

1 設計過程中對濕陷性黃土地基處理方式的選擇

韋羅高速公路位于陜西省關中平原東部，是榆(林)商(州)線高速公路的重要組成段落,采用雙向四車道高速公路建設標準，設計時速100 km/h。韋羅高速全線可劃分為兩個工程地質分區：黃土臺塬區和沖積平原區。處理地段多處于黃土臺塬區。

韋羅高速公路線位位于《中國濕陷性黃土工程地質分區略圖》Ⅲ4區——關中地區。項目區內中更新世(Q2)離石組黃土的上層及上更新世(Q3)馬蘭組黃土、晚更新世(Q4)黃土狀土均具有濕陷性，主要分布于線路北部黃土臺塬和渭河兩岸高階地上。濕陷性黃土路段，大多集中在K13+850～K32+800段,黃土濕陷性較大，濕陷系數在0.015以上，且隨著深度的增加濕陷等級呈有規律的變化，一般地表至10.0 m深處濕陷性最大，濕陷系數達0.20；10.0 m～15.3 m之間的濕陷系數為0.03～0.01；15 m以下介于0.15～0.03。此段內黃土層厚度為10 m～25 m，多具Ⅱ級～Ⅲ級自重濕陷性，對路基有較大影響。

對黃土路段如何進行處置，是否需要進行強夯處理，采取何種處理工藝更符合項目區的特點，以及處理效果和檢測技術問題，都一直備受爭議。

通過多次方案研討會和設計論證，并根據已有土工資料和施工技術條件，結合國內外同等道路條件的施工經驗及實驗參數，確定項目處理方式為：重夯法、強夯法和灰土擠密樁相結合的方式進行地基處理。

2 強夯法的特點

強夯法又稱動力固結法，通過一般8 t～35 t的重錘和8阻～20阻的落距，錘底靜壓力27 kPa,反復對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為1 000 kN·m～8 000 kN·m，因巨大的沖擊力使土體遭受沖擊破壞，并產生較大的瞬時沉降，夯錘底部土形成土塞向下運動。因錘底面下土中壓力超過土強度使得土結構破壞，從而使土軟化、側壓力系數上升，使土不僅被豎向壓密而且被側向擠密。巨大的沖擊能量在土中產生很大的應力波，氣體體積壓縮，孔壓增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出的同時，孔壓就減少。破壞了土體原有的結構，土體中氣體體積百分比為零時，就變成不可壓縮的。相應于孔隙水壓力上升到覆蓋壓力相等的能量級，土體即產生液化并出現許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利溢出，待超孔隙水壓力消散到小于顆粒間的側向壓力時，土體固結。繼而因粘性土的觸變性，使土基的強度得到恢復和增強。強夯法面世之初，僅用來加固砂土和碎石土地基，20多年的發展使得它已適用于碎石土、砂土、濕陷性黃土、雜填土、素填土等地基的處理，現廣泛地被應用于工民建、公路、鐵路路基等地基處理工程。

3 研究內容和技術路線

基于目前國內濕陷性黃土研究成果，依托韋羅高速公路項目，對實際施工中技術方案、施工工藝以及處理效果等問題開展試驗比較。

項目主要研究內容為：

1)依托已有公路工程濕陷性黃土研究成果，探討其對韋羅高速公路工程適用與否。

2)高等級公路濕陷性黃土地基不同處理方法及工藝等。

3)依據巖或土分別統計含水量、容重(干容重)、孔隙比、液塑限、塑性指數、粒徑、抗剪強度、壓縮系數、壓縮模量、固結系數、膨脹率及原位測試成果等。

4)研究不同施工方法處理濕陷性黃土地基的施工工藝、關鍵技術及評定指標。

研究工作的技術路線為：

根據韋羅項目濕陷性黃土地基實際情況以及影響深度，分別采用重夯、強夯、灰土擠密樁等三種方法對地基進行處理效果的測試。

4 強夯試驗

表1 地基土物理性質

試驗參數如下：

1)夯錘。

直徑2.5 m，重量10 t，強夯夯擊能為1 200 kN·m，滿夯夯擊能為600 kN·m。

2)夯擊點布置。

點夯時，采用梅花樁形布置，行距4 m，排距4 m；滿夯時，夯點間距4 m，重疊1/4間距。

3)夯擊遍數。

點夯每點每遍6下，共3遍，隔行夯擊。

試夯區點夯分2遍完成，隔點不隔行，點擊擊數一次完成，滿夯分2遍完成。

5 試驗結果

試驗測試結果表明，經過強夯處理后土體干密度明顯增大，濕陷系數顯著減小，地基土的孔隙比顯著減小，地基土體從而變得較為密實。夯擊后通過靜載試驗、標準灌入試驗，對土基的承載力、壓縮模量、有效加固深度、濕陷性等指標進行樣體檢測。夯后地基土的物理性質見表2。

表2 夯后地基土物理性質

夯擊前后，分別取地基中不同深度位置土體，干密度變化較明顯，單次夯擊能量大，并可以通過控制夯擊點，密度及夯擊方式，使地基深層得到加固，不同位置干密度變化趨勢如圖1所示。

夯擊前后，分別取地基中不同深度位置土體，發現濕陷性系數

得到不同程度的改善，經強夯加固后，可消除不均勻沉降。不同深度黃土土體濕陷性系數變化如圖2所示。

6 強夯試驗分析

根據各試驗結果，總結如下：

1)如圖1所示，強夯后地基土干密度明顯增大，表層干密度由1.31 g/cm3提高到1.81 g/cm3；在3.5 m左右深度內變化較為明顯，3.5 m之后，曲線趨于平緩，即隨著深度加大，干密度變化逐漸減小，且夯后曲線逐漸接近夯前曲線，即干密度數值逐漸接近原地基。

2)在反復強夯過程中，由于強烈的振動或濕度等因素，部分結合水轉變為自由水，沖擊能量在土體一定范圍產生排水網絡， 使孔隙水順利溢出，故夯擊前后孔徑大小有變化，濕陷系數自然下降，濕陷帶深度范圍內的濕陷性全部消除(δs<0.008),在3 m范圍內濕陷性消除效果尤為明顯。

根據試驗資料，采用試夯時條件，強夯有效影響深度可達5 m～8 m(最大可達30 m)，且能消除濕陷范圍內地基土的濕陷性并提高地基土承載力，滿足工程要求。

7 結語

通過項目試驗研究表明，強夯法對于濕陷性黃土地基的處理是有效的。采用試夯參數，在實際施工中加固效果明顯，能有效消除地基濕陷性及提高地基承載力，且位于表層以下5 m～8 m范圍地基加固效果明顯，實際施工中也發現了強夯法的一些問題。首先強夯施工對于土方含水量比較敏感，當錘擊高含水量的土體時易產生“橡皮土”；其次，由于強夯能量大，出于施工安全及機械安置的要求，施工場地的空間需求大，且施工中機械的穩定性要求較高，當重錘直接接觸磚塊、混凝土塊等硬物，容易產生飛濺，影響就近居民的生產生活。

在進行強夯的同時，考慮沿線降水情況、濕陷性黃土分布厚度及路基填挖情況，對沿線的濕陷性黃土進行全面防治。

[1] DBJ 61—9—2008，強夯法處理濕陷性黃土地基技術規程[S].

[2] CECS 279—2010，強夯地基處理技術規程[S].

[3] 萬德臣，郭 勇.用強夯處理濕陷性黃土地基的技術研究與實踐[J].華東公路,2001，8(131)：4-7.

Dynamic compaction method in collapsible loess foundation treatment in the practical application

Zeng Xiangyu

(ShaanxiTongyuHighwayResearchInstituteCo.,Ltd,Xi’an710064,China)

Through analyzing the mechanism of collapsible loess, relying on the existing research results at home and abroad, combined with Wei-Luo highway construction and the design process of the actual situation, to verify the dynamic compaction method for Wei-Luo highway engineering applicable or not, at the same time analyzing the construction parameters and construction technology of dynamic compaction method, in order to achieve desired treatrment effect.

collapsible loess, dynamic compaction method, foundation, bearing capacity

1009-6825(2016)26-0091-02

2016-07-10

曾祥玉(1980- )，男，工程師

TU475.3

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