南水北调中线一期工程黄土状土强夯试验分析

□唐建立 □王树奎（河南省水利勘测有限公司）

一、概述

南水北调中线工程是从水量丰沛的长江流域向缺水的华北平原输水，是缓解河南、河北和京津地区水资源危机的特大型跨流域调水工程。其河南省新乡施工段某标段内分布很多湿陷性黄土状土，岩性主要为第四系上更新统及全新统冲洪积及坡洪积成因的次生黄土。因此，湿陷性黄土状土的处理对该标段工程进度及安全显得尤为重要。

二、黄土状土的特性

区内黄土状土的微观孔隙类型与土的形成时代、成因类型的关系表现为：全新统黄土状土骨架单元多为开放式或次开放式架空结构，连接疏松，土中架空空隙较发育；晚更新统黄土状土碎屑颗粒和粘土聚集体形成的骨架结构致密程度不一，大部分结构较疏松，存在粒间架空孔隙，潜在弱～中等湿陷性。它的这种特性，会使渠岸及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜，严重影响其安全和使用。

三、强夯法在黄土状土的应用

强夯法又称动力压实法或称动力固结法，该法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。由于设备简单，原理直观，适用广泛，特别是对非饱和土加固效果显着。这种方法加固地基速度快，效果好，投资省，是当前最经济简便的地基加固方法之一。

四、黄土状土的强夯试验及分析

应用强夯处理黄土状土应考虑湿陷性黄土处于哪一种类别以及场地等因素，因为强夯的夯击能量，夯点布置，夯击深度，单点夯击次数和遍数等因场地而异。目前强夯法尚无成熟的设计计算方法，主要的施工参数如有效加固深度、夯击能、单点夯击次数、夯击遍数、夯击点布置和处理范围等根据规范或工程经验初步选定，其中有些参数应通过试夯或试验性施工进行验证，并经必要的修正最终确定。

（一）试验区的选择

根据场地的复杂程度、土质的均匀性、地下水位和场区的类别等综合确定试验区。现依据南水北调中线新乡施工段某标段实际情况，将强夯试验区确定为：试验Ⅰ区为左岸IV115+390～IV115+476.5，试验Ⅱ区为右岸IV115+407.2～IV115+490；在试验区内地层情况为：上部6.0m一般为黄土状重粉质壤土，局部稍深，可达6.5m，天然含水量15.3%～26.1%，天然干密度平均值1.56g/cm3；湿陷系数多为0.015～0.043，具轻微～中等湿陷性，为非自重湿陷性黄土，场地地基湿陷等级为I级（轻微）；黄土状土下部为重粉质壤土，部分为粉质粘土，为含水层，具微～弱透水性，赋水条件较差，对上部黄土状重粉质壤土影响较小。

（二）主要施工参数的选择

强夯法主要是根据工程要求的加固深度和加固后要求达到的主要技术参数来确定有效的加固深度。黄土状土地基的加固主要是消除湿陷性，在有效加固深度内，土的湿陷性系数均应小于0.015。所以有效加固深度是选择强夯施工采用的夯击能的主要依据。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）的规定和渠段的地质情况，本次夯点按正三角形布置，采用夯击能2000kN·m，锤重18.4t，落距10.9m（第一、二遍夯）；夯击能1000kN·m，锤重10t，落距10m(第三遍满夯)；夯击次数分别为10击（第一、二遍夯）和3击(第三遍满夯)，处理深度6m，对于试验Ⅰ区消散期定为2周、试验Ⅱ区消散期定为3周的施工参数。

单点夯击次数控制标准一般以最后两击平均夯沉量不超过50mm、夯坑周围地面不应发生过大的隆起、不因夯坑过深而发生起锤困难。在试验区工作完成后，对试验区所有夯点的夯沉量数据进行了综合统计，分别计算出每区每遍的每击夯沉量平均值，并以此绘制出试验Ⅰ区和试验Ⅱ区的夯击次数与累计夯沉量关系曲线。

图1 试验Ⅰ区夯击次数与累计夯沉量关系曲线图

图2 试验Ⅱ区夯击次数与累计夯沉量关系曲线图

（三）强夯试验结果分析

在强夯施工前后，对试验Ⅰ区和试验Ⅱ区的原状土及夯后地基进行取样，每区夯前夯后各取三组，进行干密度、含水率及湿陷性系数等项目检测。并对试验结果进行了综合统计，以下是试验结果统计，干密度、湿陷系数对比表，见表1、表2。

表1 试验Ⅰ区强夯前后干密度、湿陷性系数对照表

表2 试验Ⅱ区强夯前后干密度、湿陷性系数对照表

经过强夯前后干密度、湿陷性系数对比、分析，强夯后干密度均大于强夯前干密度，且湿陷性系数均满足小于0.015的规范要求，由此可知试验Ⅰ区、Ⅱ区均能满足地基处理深度6m的要求。

五、结语

由上可知，试验Ⅰ区、试验Ⅱ区试验结果均符规范和相关规定的质量标准要求，但试验Ⅰ区消散期较短，考虑到施工进度需要，在同样满足施工要求前提下，选择消散期较短的试验参数。因此该标段后续黄土状土强夯施工处理中，建议施工采用单点夯击能2000kN·m、锤重18.4t，落距10.9m（第一、二遍夯）；夯击能1000kN·m，锤重10t，落距10m(第三遍满夯)；夯击次数分别为10击（第一、二遍夯）和3击(第三遍满夯)，消散期2周作为强夯施工指导参数。