強夯法在消除建筑地基黃土濕陷性的應用研究

廉友

摘要：雖然采用強夯法消除黃土濕陷性得到了廣泛的使用，但強夯施工參數的設計沒有統一、成熟的理論指導。由于各地域黃土地質情況復雜多變，且受外界其它多種因素的影響，如按照有關文獻、規范所提供的某種方法進行施工參數，達到的實際處理效果與目標值之間偏差較大。因此，通過經驗及現場試夯獲得適宜特定項目的強夯施工參數顯得尤為重要。期待本項目中強夯法消除黃土濕陷性現場施工參數的確定方法能為其它項目的施工實踐提供參考。

Abstract： Although it has been popular to use dynamic compaction method to eliminate loess collapsibility， there is no unified and mature theoretical guidance for the design of dynamic compaction construction parameters. As the geographical situation of loess in different regions are complex and varied， and affected by other factors outside， if the parameters are designed in accordance with the relevant literature and norms， there will be a large deviation between the actual effect achieved and the target value. Therefore， it is very important to obtain the dynamic compaction parameters for the specific project by empirical and field test. It is expected that the method of determining the construction parameters of the loess collapsibility in the project will provide reference for the construction practice of other projects.

關鍵詞：濕陷性黃土；強夯；參數設計；試夯；效果檢測

Key words： collapsible loess；dynamic compaction；parameter design；test ramming；effect detection

中圖分類號：TU472.3+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0190-03

0 引言

為了消除黃土濕陷性對工程建筑地基造成的不良后果，國內及國際上的眾多工程技術人員及學者在進行了大量研究及實踐后，為消除黃土的濕陷性而發明了很多地基處理的技術、方法及措施。其中，強夯作為經常使用的一種方法及手段，具有效果顯著、施工簡便、造價低及工期短等諸多優點，在工程處理黃土濕陷性時得到了廣泛應用。但強夯施工的技術參數較多，且各地域黃土的地質特征復雜性及其他影響因素的存在，強夯理論尚未完善，僅按規范、文獻和以往經驗進行強夯施工參數的確定往往出現較大偏差，很難達到預期的處理效果。本項目基于經驗、相關規范的取值要求及標準進行強夯設計參數的初步擬定，然后現場進行試夯，通過對試夯所得量測數據、土工試驗數據進行分析及對比，最終確定了最適宜本項目黃土性質的強夯施工參數的最優設計，從而確保了地基處理的質量。

1 工程概況

擬建LUBANGO居民新城屬安哥拉十萬套RED項目其中之一，擬建住房為11000套，當地規劃局給出的地塊（如圖1所示）測量占地面積約11.6平方公里，擬建項目包括社會住房，供水、供電、道路等基礎設施和學校、商業配套等社會設施。社會住房分單層、二層或少數三層等建筑形式。擬建建筑物將以傳統的砌體結構建設為主，可能使用預制混凝土墻板結構體系或輕鋼結構體系的工廠化建筑體系。

LUBANGO居民新城位于安哥拉南部城市LUBANGO城東北側QILUNBA區，直線距離約為20km，中心位置經緯度為東經13°31'55''，南緯14°50'03''。

擬建場地處在威拉高原區，擬建場地整體呈現南高北低的地勢，在場地大部分區域基礎直接持力層主要以黃土為主，地基土存在差異化現象，地基土水平和縱向分布不均勻。根據現場鉆探、室內試驗和現場載荷浸水試驗結果，地基土在干燥狀態下具有一定的強度，但增濕浸水后很快發生軟化崩解，強度大幅降低，探井試樣（深度1～2m）的濕陷系數為0.039～0.166，平均值為0.124。現場浸水載荷試驗200kPa下的附加沉降為17.2mm～57.6mm，s/d為0.030～0.102。

2 消除黃土濕陷性的處理方法及要求達到的效果

為了提高地基強度、增強地基土的均勻性及消除地基土的濕陷性，設計單位要求采用強夯法對地基進行處理。

本項目采用強夯法消除黃土地基濕陷性的設計要求如下：

①強夯后消除黃土的濕陷性，達到中等密實，強夯的有效加固深度要超過4m。

②地基經強夯處理后，其承載力要≥120kPa以上。

由于本項目處理的濕陷性黃土性質非常復雜，以往在國內強夯法消除黃土濕陷性的施工經驗及各類研究成果很難完全適合于本項目，因此，為了確保達到處理效果，決定在大面積施工前進行試夯，對初步擬定的強夯施工參數的處理效果進行測評，調整、優化施工參數，以確保設計出適應本項目土質特征的強夯施工參數。endprint

3 強夯法施工參數的初步擬定、試夯及優化

3.1 強夯施工參數初擬的方法

3.1.1 有效加固深度

有效加固深度既是選擇單擊夯擊能的重要依據，又反映了處理效果。加固深度估算為強夯法施工中非常重要的設計步聚，但目前尚未有完好的解決方法。本項目基于工程實踐，采用梅納公式的修正公式進行加固深度的估算。其公式如下：

基于經濟考慮，利用本項目的既有夯錘進行強夯，既有夯錘為圓形，直徑2.3m，錘重220kN。

由（1）式得提升高度：

h=H2/（α2w）=42/（0.32×22）=8.1m

本項目取h=9.0m。

3.1.2 單擊夯擊能

本項目采用的單擊夯擊能：220×9=1980kN·m。

3.1.3 夯擊次數通過在現場進行試夯，由夯擊次數和夯沉量關系曲線所選定。并要同時滿足如下要求：①夯坑四周的原地面不出現過大隆起；②夯坑不能過深而致使難以起錘；③每次夯擊的夯沉量不得太小，太小無加固效果。

3.1.4 夯擊遍數

要根據現場濕陷性黃土的性質確定，通常黃土強夯的主夯夯擊遍數為兩遍。因本項目地下水量較少，黃土密實度較低，孔隙水不易消散，而項目對地基土的要求較高，故主夯夯擊遍數選擇3遍。最后再以低夯擊能滿夯一遍，以將地基表面松散的土體夯擊密實。

3.1.5 夯點布置和夯點間距

因本項目地基處理的面積較大，為了確保強夯后的地基質量均勻，夯擊點按等正方形布設，這樣的布置形式不僅比較規整，且也便于組織強夯施工。

夯點間距通常由加固的黃土性質及要求處理的深度而定，因本項目處理深度為4m，根據一些文獻的經驗，并結合現場試驗，夯點間距暫定為4.5m。

3.1.6 間歇時間

間歇時間為兩遍夯擊間的體停時間，設置間歇時間是為了使土體的孔隙水壓力得到到消散，即孔隙水壓力消散后，方可進行下一遍的夯擊，綜合黃土性質、孔隙水壓力消散、夯擊遍數等考慮，間歇時間初步設置為10d。完成全部強夯完成后，間歇14d后再進行質量檢測。

3.1.7 強夯加固范圍

由于建筑基礎具有應力擴散的作用，故強夯處理的范圍需超過基礎范圍，也就是建筑場地需要設定一定范圍的超夯寬度，以確保承受基礎應力范圍內的地基均得到強夯處理。具體的超夯范圍，需根據構筑物的類型、重要程度等因素綜合確定，本項目強夯范圍超出建筑物基礎外緣不小于3m。

3.2 初步擬定的施工參數

本項目根據場地內擬建建筑物的結構特點及其產生的荷載情況，并結合土工試驗結果及要求的加固深度，初步確定本項目強夯施工所采用的夯錘重量為22t，錘底面積為4.2m2。夯點按正方形形布設，夯點間距4.5m。總夯擊遍數為4遍，即主夯3遍+1遍滿夯。夯錘提升高度為9m，即主夯單擊夯能為1980kN·m，單點夯擊次數為8～10次。滿夯單擊夯能1000kN·m，滿夯時夯印搭接1/4，連續夯擊。每遍夯擊的間歇時間均按10d，以上強夯設計目標為消除4m以內黃土的濕陷性，并處理過后的地基承載力≥150kPa以上，地基土中等密實。

3.3 按初步擬定的參數進行試夯

根據上述所初步擬定的強夯施工參數，在本項目選擇了一處20×20地塊作為強夯試驗區，進行了現場試夯，現場進行了夯沉量、地面隆起等方面的量測。

在試驗區強夯10d后，進行標準貫入度及探坑取樣室內土工試驗，試驗結果表明，土層標準貫入度擊數較強夯前得到明顯提高，強夯前4m以上填土標準貫入度擊數為4～6次，強夯后增大至9～12次，明顯改善了地基土的力學性能。含水量降至平均值17.5%，天然容重提高至平均值17.6kN/m3，孔隙比低于0.73。地基土濕陷系數小于0.015，消除了黃土的濕陷性。

根據本次試夯的結果，將地基土的物理力學指標與夯前測試數據進行了對比及分析，以檢驗強夯實際效果，同時對初步擬定的強夯施工參數進行了調整及優化。調整及優化后的強夯施工參數如表1所示。

4 強夯的效果檢測與評價

經試夯后進行了強夯參數的調整，為了驗證施工最終參數的合理性，施工期間按規范要求的辦法及頻率進行檢測試驗。圖2、3、4為本項目選取的兩處（1、2號測坑）有代表性的夯坑進行檢測的數據。測坑取樣試驗深度為5m，每0.5m取樣一組，每個測坑取樣11組，對土樣進行天然容重、黃土濕陷性檢測。同時，也按深度間距0.5m進行地基承載力檢測。

①由強夯前后土體天然容重的變化情況分析加固效果，判斷有效加固深度是否滿足要求。強夯前后不同地基深度處土體天然容重變化如圖2所示。

從圖2中可看出，強夯后土體天然容重均較處理前有了明顯提高，天然容重提高的幅度呈由表層至深層逐漸減少的態勢，但在本項目取樣深度（5m）范圍內，均得到了有效提高，整體上提高了13%左右，土質達到了中等密實的質量要求。因此強夯達到了設計要求的4m以上有效加固深度。

②由強夯地基承載力變化情況分析加固效果。通過現場原位觸探試驗，測定地基承載能力。強夯前后不同地基深度處土體地基承載能力如圖3所示。

由圖3可看出，強夯后，在測試深度范圍內各層土體的地基承載力均得到了非常明顯的提高，平均提高幅度近1倍。在測試深度范圍內，地基承載力的提高幅度隨著深度的加深而呈減少趨勢，但在設計要求的有效加固深度內，地基承載力最低值為1號測坑3m深處，其值為185.3kPa，設計要求的有效加固深度范圍內，均大幅超過了設計要求的150kPa。

③進行強夯后黃土濕陷性變化試驗。以測定地基經強夯處理后是否還具有濕陷性。試驗采用單線法進行。試驗所得測試數據如圖4所示。

由圖4可看出，在不同壓力情況下，不同土層的濕陷系統數均小于0.015，按國內《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）的規定，經強夯法處理后的地基土已不具有濕陷性，達到處理的目的。

5 結束語

目前強夯法處理黃土濕陷性的施工技術參數較多，由于黃土土質的復雜多變性及其它影響因素的共同作用下，按現行規范及其它文獻總結提煉的公式進行施工參數的設計時，往往在現場實際施工效果與設計所要達到的處理目標偏差過大。故建議在初步確定強夯施工參數的基礎上進行試夯，根據原位力學測試及土工試驗的結果，再調整、優化強夯施工參數，以最終選定適合特定項目的強夯法施工參數。希望本項目的試夯、試驗分析方法及過程能給其它類似項目提供一些借鑒。

參考文獻：

[1]GB50025-2004，濕陷性黃土地區建筑規范[S].

[2]羅宇生.濕陷性黃土地基處理[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]石培成.濕陷性黃土地基濕陷機理及地基處理方法[J].西部探礦工程，2013，3（6）.

[4]張婉麗.濕陷性黃土的分類及其地基的處理方法[J].山西建筑，2011，5（15）.endprint