強夯法在新疆某長距離干渠濕陷性黃土地基處理中的應用

李 博 張遠芳

(1.新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052; 2.新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

濕陷性黃土是指在一定壓力下受水浸濕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉的黃土。黃土的濕陷性對工程具有重要影響[1]。強夯法是處理濕陷性黃土地基的一種行之有效的方法，與其他處理方法相比較，具有適用范圍廣、施工簡便、速度快工期短、投資少費用低等優點[2]。本研究針對新疆某輸水干渠六標工程實例，對濕陷性黃土的強夯設計、施工、效果評價進行了初步探討，對該工程的濕陷性黃土地基處理具有一定的參考價值。

1 工程概況

新疆某輸水干渠濕陷性土強夯處理工程，工程線路總長128.802 km。該工程主要由輸水明渠及渠系建筑物(閘、涵)、隧洞、輸水涵洞、輸水渡槽、退水系統、防洪系統、伴渠道路、農渠交叉建筑物(渡槽、農涵、倒虹吸)及交通交叉建筑物(交通橋、路涵)等組成。工程為Ⅰ等大(1)型工程。

本研究針對新疆某輸水干渠六標工程，樁號73+459.445～84+416.287，長10.957 km，其中渠道濕陷性土地基強夯段長6.13 km，設計流量44.3 m3/s，加大流量為52 m3/s。渠道縱坡為 1/10 000，梯形斷面，填方段外邊坡1∶1.75，挖方段外邊坡1∶1和1∶1.5兩種。

2 工程地質

2.1 場地濕陷性土的分布及成因

1)渠道樁號73+440～75+000段：該段渠線處在丘陵區斜坡段及界梁子沖溝內，溝寬567 m，溝深15.6 m，地形起伏，地面高程652 m～679 m。

地層巖性為第四系上更新統沖洪積低液限粉土夾低液限粘土，厚度10 m～20 m。該段渠道為挖、填方段，挖深5 m～16 m，過沖溝時最大填方高度5 m～9.7 m。

2)渠道樁號75+000～84+397段：該段渠線處在丘陵斜坡段，溝梁相間，地形起伏，沖溝較發育，溝內無水，降雨時溝內有洪流，地面高程630 m～670 m。

地層巖性為第四系上更新統沖洪積低液限粉土、低液限粘土、黃土及侏羅系中～上統泥巖、砂巖及煤層，以砂巖為主。該段渠道為挖、填方渠段，一般挖深5 m～10 m，最深21.5 m。

黃土主要分布在樁號75+621～76+069，77+556～77+904，黃土含水率1.5%～26.4%，干密度1.37 g/cm3～1.73 g/cm3，壓縮系數av0.1-0.3=0.09 MPa-1～0.720 MPa-1，壓縮模量Es0.1-0.3=2.57 MPa～19.36 MPa，屬低～中壓縮性土。0 m～1 m濕陷系數為0.089～0.126 4，濕陷起始壓力6 kPa～107 kPa，屬強濕陷性黃土；1 m～2 m濕陷系數為0.004 4～0.026 4，濕陷性輕微，濕陷起始壓力26.8 kPa～360 kPa；2 m～3 m濕陷系數為0.058～0.075，濕陷起始壓力89.5 kPa，濕陷性中～強濕陷；3 m～4 m濕陷系數為0.016 6～0.087 7，濕陷起始壓力33 kPa～148 kPa，濕陷性微～強濕陷；4 m～5 m濕陷系數為0.022 9～0.074 2，濕陷起始壓力23 kPa～138 kPa，濕陷性微～強濕陷；5 m～6 m濕陷系數為0.005 8～0.018 8，濕陷起始壓力47 kPa～176.5 kPa，濕陷性輕微。

2.2 場地濕陷性土分布規律

1)濕陷性在垂直方向分布具有一定的規律性，由地表向深部，濕陷系數δs呈逐漸變小的趨勢，由強濕陷性土逐漸變為中等濕陷、輕微濕陷、非濕陷土層。

2)濕陷性在渠道沿線也有一定的規律性，其濕陷性以界梁子溝(樁號75+000)為界，具有東部相對較強，西部相對較弱的特點。

2.3 場地的濕陷類型及等級

根據GB 50025—2004濕陷性黃土地區建筑規范[3]中關于場地濕陷類型的判別標準。沖洪積區濕陷性土的自重濕陷量大部分為18 mm～59 mm(<70 mm)，屬非自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅰ(輕微)或Ⅱ(中等)，僅少部分自重濕陷量為大于70 mm，如樁號82+035,83+295 m處為82 mm～157 mm，屬自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ(中等)或Ⅲ(嚴重)。

3 處理措施

根據不同挖填型式，不同填方高度及不同濕陷性土層厚度等，不同渠段濕陷性土處理型式也不同。挖方渠段濕陷性土與填方、半挖半填渠段濕陷性土層厚度大于2 m均采用強夯法處理。

3.1 強夯試驗內容

1)強夯試夯區布置。

本研究在渠道濕陷性基礎范圍內布置12個強夯試驗區進行強夯試驗，強夯處理深度為4 m～7 m不等，強夯試夯區面積為20 m×20 m，即400 m2。通過現場試驗，確定強夯的適用性和處理效果，確定合適的強夯設計參數和施工參數。

2.4 疾病及藥物影響 疾病是小兒厭食癥的重要原因[4]。兒童發生疾病時往往會伴有食欲下降，尤其是患有消化系統疾病時，如胃腸炎、消化性潰瘍、肝炎等，食欲、食量下降更加明顯。兒童在發熱時，消化液分泌減少，各種消化酶活性降低，導致食欲減退、口腔黏膜干燥、腹脹、便秘等，可使其消化吸收功能降低，引起不思飲食。并且部分藥物(如紅霉素、磺胺藥物等)對胃黏膜有刺激作用，可能引起腹痛和惡心、嘔吐等。另外，服用過多的鈣片、維生素A或D也可出現食欲減退現象。

2)試夯區夯擊能。

a.濕陷性土層厚2 m～3 m采用3 000 kN·m夯擊能；影響深度不小于3 m；

b.濕陷性土層厚3 m～4 m采用4 000 kN·m夯擊能；影響深度不小于4 m；

c.濕陷性土層厚4 m～5 m采用5 000 kN·m夯擊能；影響深度不小于5 m；

d.濕陷性土層厚5 m以上采用7 000 kN·m夯擊能；影響深度不小于7 m。

施工參數詳見表1。

表1 強夯試驗施工參數表

3)清理及平整場地。

清除場地內的植耕土、植物根系、污染物及有機物質，對該場地進行整平處理，使得基底坡度小于20%，并將基底碾壓密實。

4)夯點布置。

第一遍夯點的間距為5.0 m，正方形布置；第二遍夯點在第一遍四個相鄰主夯點的中間插點，間距亦為5.0 m，正方形布置；夯點整體呈梅花形布置。滿夯的夯印彼此搭接1/4，詳見圖1。

5)對布置好的待夯點進行夯擊。

強夯夯點中心位移偏差應小于50 mm，夯錘應保持垂直，傾斜度應不大于30°；第一遍點夯完成后，對場地進行場地平整，利用護樁標定第二遍點夯的位置，測量夯區高程計算第一遍點夯地基夯沉量。達到相應的時間間歇后，完成第二遍點夯及相應的試夯檢測任務。第二遍點夯完成后，測量相應的標高，計算相應的夯擊沉降量。

6)滿足間歇時間后，進行滿夯。

強夯試驗內容包括夯前原狀土取樣要求及物理力學指標(干密度、濕陷系數、含水率)檢測、夯后土樣取樣要求及物理力學指標(干密度、濕陷系數、地基承載力)檢測、其他技術要求。

3.2 強夯施工流程

強夯施工流程見圖2。

3.3 處理效果的判斷標準

1)渠堤基礎土樣干密度不小于1.55 g/cm3。

2)土層濕陷系數δs<0.015，即為滿足設計要求；若其中一組濕陷系數大于0.015，再抽檢一組(在非夯點上)，若濕陷系數均小于0.015，即認為合格，若濕陷系數大于0.015，即為不合格，需進行補夯處理。

3)浸水試驗中，觀測濕陷量、耗水量、浸濕范圍及地面裂縫。當5 d的平均濕陷量小于1 mm/d時濕陷穩定停止加水。停止加水后繼續觀察10 d～15 d，當連續5 d的平均下沉量小于1 mm/d，試驗終止，地基處理深度范圍內土層滲透性是否明顯改善。

4 結語

強夯法所用設備簡單，原理直觀、適用范圍廣泛，對于加固濕陷性黃土具有加固速度快、施工簡便、效果好、投資少等優點。當強夯能級達到4 000 kN·m時，對上層0 m～5 m的濕陷性達到全部消除。場地夯前濕陷系數δs>0.015，土樣干密度基本小于1.55 g/cm3，為濕陷性黃土；使用強夯法加固后，濕陷系數δs在0 m～5 m范圍內均小于0.015，渠堤基礎土樣干密度在1.56 g/cm3～1.72 g/cm3范圍，消除了濕陷性。為強夯施工順利進行提供科學、準確的指導數據。