濕陷性黃土地基強夯加固分析

摘 要：文章以高速公路濕陷性黃土地基加固處治為研究背景，根據現場勘察結果制定強夯處治方案，并通過試樁確定施工參數；在強夯處治后分別采用現場試驗和室內試驗對地基承載力開展檢驗，確定濕陷性黃土地基的加固效果。根據室內試驗結果，認為強夯加固后地基土干密度得到大幅提升，在有效加固深度范圍內消除了地基土濕陷性，達到了預期的加固目的，說明強夯加固方案可行，可進行路堤填筑施工。

關鍵詞：濕陷性黃土；地基；強夯；標準貫入度試驗；淺層平板試驗

中圖分類號：U416.1

0"引言

黃土在我國分布廣泛，其中濕陷性黃土約占我國黃土總量的60%左右［1］。在公路建設沿線分布有大量濕陷性黃土地基。濕陷性黃土孔隙大，吸水后強度迅速下降［2］，在外部荷載作用下黃土結構破壞，如處治不當路基工后容易產生沉降、開裂等病害，影響行車安全。經過多年的施工實踐，我國學者主要采用化學處治法和物理處治法對濕陷性黃土地基進行加固處理［3-4］，其中強夯法是常用的物理處治方法之一。強夯法通過將夯錘提升到一定高度，使夯錘以自由落體的形式沖擊地面，排出濕陷性黃土地基中多余的水分和空氣［5］，可快速消除黃土的濕陷性，提升地基的承載能力。與其他處治方法相比，強夯法具有節省施工材料、降低成本、施工速度快、施工簡便、處治效果好等技術優勢［6］。本文以高速公路濕陷性黃土地基加固處治為研究背景，根據現場勘察結果制定強夯處治方案，并通過試樁確定施工參數；在強夯處治后分別采用現場試驗和室內試驗對地基承載力開展檢驗，分析確定濕陷性黃土地基的加固效果。

1"工程概況

某高速公路沿線分布有大量濕陷性黃土，其內部孔隙大、黏粒含量高，浸水后在自重壓力和外部荷載作用下很容易破壞黃土結構。該高速公路路基設計寬度為25.5 m，道路沿線濕陷性黃土厚度為3.6～13.5 m，均為非自重濕陷性黃土，濕陷性系數δs為0.019～0.029，屬于Ⅰ級輕微濕陷性黃土。根據現場勘察結果，對距離較遠、上部覆蓋層≤5 m的濕陷性黃土地基，擬采用強夯法進行加固處理。橫向處治范圍超出路基外緣3 m以上，強夯施工按照主夯、副夯、滿夯的施工順序。夯點按正方形布置，每四個主夯點中間設置一個副夯點。

本文取K38+420.5～K38+550段作為試驗路段，該路段地勢較平坦，濕陷性黃土地基自上而下土層分別為粉土、粉質黏土、砂土和碎石土。其中，粉土呈黃褐色，天然含水量為17.5%～19.4%，干密度為1.42～1.44 g/cm3，孔隙比為0.888～0.912，可塑狀態，壓縮系數為0.14～0.20 MPa-1，厚度為3.5～4.2 m；粉質黏土呈褐色，天然含水量為19.4%～20.4%，干密度為1.42～1.43 g/cm3，孔隙比為0.897～0.916，可塑狀態，壓縮系數為0.14～0.18 MPa-1，厚度為3.2～4.0 m。地基土其他物理力學參數如表1所示。該施工區域地表水主要來源于大氣降水，雨季降雨量相對較多，地下水位深度在10 m以上，對路基施工影響可忽略。按照設計要求，該路段為填方路堤，處治后地基承載力應≥150 kPa，黃土濕陷性系數≤0.015，有效加固深度應≥5 m。

2"強夯加固施工方案

2.1"強夯施工參數

在K38+420.5～K38+550段建立試驗段，根據設計要求制定強夯加固方案。試驗段強夯夯錘重量為15.5 t，底面直徑為2.4 m，通過試樁確定強夯施工參數。根據設計方案要求加固深度≥5 m，因此點夯夯擊能選擇2 000 kN·m，滿夯夯擊能選擇1 000 kN·m。

強夯分主夯、副夯和滿夯三步。其中，主夯夯點按正方形布置，相互間距為400 cm；副夯布置在主夯夯點之間，布置間距也是400 cm。主副夯夯點間距布置如下頁圖1所示。點夯后平整場地進行滿夯，以提高表層土體的壓實度，滿夯各夯點夯痕重復為1/2，夯擊順序從路基邊緣向路基中心，如下頁圖2所示。

最佳夯擊次數按最后兩擊夯擊沉降差≤5 cm來確定，主夯和副夯夯擊遍數為6遍以上，滿夯為2遍。根據地基土內部孔隙水壓力消散情況確定強夯間歇時間，通過現場測試結果確定在點夯完成后5～7 d進行滿夯施工。

2.2"強夯施工工序

施工前對原地面進行清表處理，清除地表灌木、樹根等雜物，挖除地基表面種植土，平整場地碾壓密實。根據設計要求進行施工放樣，確定主夯點位置，并對測點高程進行測量。場地施工準備工作做好后夯機就位，對準夯點進行強夯施工。強夯施工前預先設定好夯錘高度，保證夯擊能達到設計要求的2 000 kN·m。強夯過程中測量夯坑下沉量，如發現夯坑底部傾斜應做平整處理后再繼續進行夯擊。當兩擊夯沉量＜5 cm時即可停夯，移動機具進行下一個夯點施工。主夯完成后平整場地，復測高程，計算夯沉量。按照同樣的施工工序進行副夯施工，最后進行滿夯，滿夯后平整場地，使用振動壓路機碾壓密實后再次復測高程，計算施工場地夯沉量。

3"濕陷性黃土地基強夯效果檢驗

3.1"標準貫入試驗結果分析

為了檢測濕陷性黃土地基強夯加固效果，在完工后開展現場試驗對標準貫入深度和地基承載力進行檢驗。標準貫入度試驗采用對開式管狀貫入器，從76 cm的高度將重量為63.5 kg的穿心錘自由落下，錘擊錘墊，當錘墊下的貫入器貫入土層15 cm后，分三次記錄每貫入10 cm的錘擊次數，統計累計貫入深度達到30 cm的錘擊次數即得到標準貫入擊數N。本文分別收集試驗前后標準貫入試驗數據，通過對比分析確定加固效果。在施工現場分別取三個測點，在強夯前后分別對每個測點各個深度的標準貫入次數進行記錄，試驗深度分別為1 m、2 m、3 m、4 m和5 m，每個深度貫入深度均為30 cm。整理現場試驗結果，繪制對比分析曲線如圖3所示。

對比分析圖3曲線得出，在強夯后各測點的標準貫入擊數均得到明顯提升，且越接近地基頂面的提升幅度越大。通過對比分析，強夯后地基以下1～4 m標準貫入擊數增幅較大，深度達到5 m時標準貫入深度增幅相對較小。其中深度為1 m、2 m位置較強夯前增加幅度超過了100%，深度為3 m位置增幅超過了60%，4 m位置增幅為40%左右，在深度達到5 m時增幅為10%左右。根據上述分析結果，強夯能有效加固深度達5 m以上，滿足設計要求。

3.2"淺層平板試驗結果分析

淺層平板試驗是通過在施工現場布置剛性承壓板，在分級加載過程中測定承壓板的沉降量，通過分析確定地基的承載力。試驗段地基承載力要求為≥150 kPa，因此最大荷載選擇300 kPa。試驗過程中分9級加載，一級加載為60 kPa，二級加載為90 kPa，以后每級遞增30 kPa。本文選擇三個測點試驗結果作為研究對象，在加載過程中記錄沉降量。卸載分為5級，每級卸載60 kPa，卸載后測量記錄殘余變形量。整理試驗數據，繪制地基加固后三個測點P-S曲線如圖4所示。

分析圖4的曲線變化趨勢得出，三個測點P-S曲線均沒有出現明顯的拐點，說明在試驗荷載加載到最大值時各測點沒有達到極限狀態。因此，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）中的相關規定，取沉降比為0.015時的加載荷載作為特征值，通過分析確定沉降比為0.015時三個測點沉降量均為10.68 mm，進而得出三個測點地基承載力特征值分別為185 kPa、180 kPa、195 kPa，均高于設計要求的150 kPa，這說明采用強夯處治后地基承載力達到了設計要求，強夯施工方案可行，可進行后續路堤填筑施工。

3.3"室內土工試驗結果分析

為檢測強夯加固后地基土濕陷性的消除效果和有效加固深度，在施工現場取樣進行室內土工實驗。在試驗段利用探井取樣，沿豎向在井壁上每隔1 m取樣一次，送實驗室檢測。同樣取三個測點監測數據作為研究對象，整理地基土強夯前后濕陷性系數對比分析結果如圖5所示，干密度對比分析結果如圖6所示。

分析圖5得出，強夯后地基土濕陷性系數有較大幅度下降，且檢測結果均＜0.015，說明強夯處治后消除了地基土的濕陷性。各深度濕陷性系數均有較大幅度下降，平均下降幅度為80%左右，處治后濕陷性系數最大值為0.008，說明采用強夯處治后有效消除了地基土的濕陷性。

分析圖6得出，強夯后各深度地基土干密度均得到了大幅提升，說明強夯后地基土密實度得到有效提升。在強夯前，地基土干密度分布為1.34～1.50 g/cm3，而在強夯后，地基土干密度最小值為1.82 g/cm3，得到了明顯提升。經分析，強夯處治后地基土密實度平均提升30%左右，深度5 m位置提升超過了20%，進一步說明有效加固深度達到了5 m，加固后地基密實度得到大幅提升。

4"結語

本文以高速公路濕陷性黃土地基強夯加固處治為研究背景，通過試夯確定強夯施工方案，強夯處治后開展試驗對地基加固效果進行檢驗，分析試驗結果得出以下結論：

（1）強夯后各個深度標準貫入次數均高于強夯前，且隨深度增加標準貫入次數增幅下降，但在深度5 m范圍內均有一定幅度增加，說明強夯處治有效加固深度＞5 m，達到了設計要求。

（2）各測點在淺層平板試驗荷載加載至最大值時均沒有達到極限狀態，且各測點強夯后地基承載力均＞150 kPa，說明加固后地基承載力達到了設計要求，可進行后續施工。

（3）強夯加固后，地基土干密度明顯提升，濕陷性系數最大值為0.008，說明強夯處治大幅提升了地基土的干密度，消除了地基土的濕陷性，達到了預期的加固效果，施工方案可行。

參考文獻：

［1］成曉強. 高速公路濕陷性黃土地基強夯處治分析［J］. 山東交通科技，2022（3）： 125-126，130.

［2］魏"斌，高法啟，蔡"越，等. 預增濕強夯處理深厚濕陷性黃土地基［J］. 市政技術，2021，39（S1）： 135-138.

［3］趙彥凱. 強夯法在濕陷性黃土地基處理中的應用［J］. 工程技術研究，2021，6（22）： 52-53.

［4］王"勛，李"晉，左"珅，等. 魯中地區坡積濕陷性黃土地基強夯有效加固深度研究［J］.中外公路，2021，41（5）： 39-42.

［5］程慧敏. 強夯法在路基濕陷性黃土地基處理中的應用研究——以山西太原某道路工程為例［J］. 城市建筑，2021，18（8）： 187-189.

［6］臘潤濤，張"榮. 強夯法處理濕陷性黃土地基的效果評價［J］. 公路，2020，65（1）： 54-57.20240421