湿陷性黄土地基的强夯处理

江飞 付彦亭

摘要根据强夯法施工的具体实践，介绍了该方法的施工工艺、检测项目、控制标准等。

关键词强夯法施工技术

中图分类号： TU74文献标识码： A

强夯法由法国Menard技术公司于1969年首创，该法又称为动力固结法或动力压密法。这种方法是将一定重量的重锤以一定的落距给予地基以冲击和振动，从而达到提高土的强度，增大密实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。

前言

1.1工程概况

丹拉国道主干线宣化至老爷庙（冀蒙界）公路，路线穿越区位于华北平原与内蒙古高原过渡带的冀西北山地边缘，属冀西北山间盆地。路线穿越区的黄土状亚砂土，黄土状亚粘土分布较广，但规模不大，分布不连续。其厚度为2～10米，具垂直节理、大孔隙特征，其湿陷程度为I～II级，其中K73+700～K74+800为自重中等湿陷。

设计要求经强夯加固后其静力触探比贯入阻力当量值大于2Kpa，标贯击数当量值大于6击，地基反应模量大于30MN/m3，垫层干密度大于1.9g/c m3。

1.2设计参数

(1)锤重20t，底面积4m2。

(2)夯点采用正方形布置，夯点间距4.5m。

(3)夯击3遍，第一遍：主夯，按规定间距；第二遍：副夯，在各主夯点中间穿插进行，仍按规定间距；第三遍：满夯，利用夯点彼此搭接1/4连续夯击。

(4)主夯、副夯采用单击夯击能为3000kN·m，夯击次数均为4次；满夯采用单击夯击能为700~1000 kN·m，满夯击次为最后一击夯沉量小于50mm。

(5)如果机械设备在清除表土后能直接进行强夯，则不加垫层，否则增加50cm砂砾垫层后进行强夯施工。

强夯试验

2.1 试验目的

强夯参数包括锤重、落距、加固深度、夯点布置、加固范围、最佳夯击能、夯击遍数及间歇时间、垫层厚度及材料等。鉴于目前国内外尚未形成一套确定强夯参数的理论和计算方法，在大面积强夯施工前，应先根据设计单位提供的施工参数及类似工程的施工经验，在夯区范围内选点试夯。以确定合理的强夯参数及施工工艺，确保处理效果。

2.2 确定强夯的基本参数

有效加固深度

强夯加固地基的有效深度，是指经过强夯处理后，地基土体强度提高，压缩性降低，其加固效果均达到或超过进行加固所要求的最低值的土层深度范围。

由于强夯处理效果受多种因素影响，一方面受夯击能、夯点间距、夯击次数、锤底形状、施工工艺等影响；另一方面受需处理地层的原始结构、均匀性及地下水位等影响。因此，确定强夯处理的有效深度应根据地质勘察情况、当地经验及试验夯区来确定。

单位夯击能

表一 强夯法的有效加固深度与单位夯击能的对应关系

单位夯击能 有效加固深度（m）

（kN.m） 碎石土、砂土系 粉土、粘性土、湿陷性黄土等

1000 5.0~6.0 4.0~5.0

2000 6.0~7.0 5.0~6.0

3000 7.0~8.0 6.0~7.0

4000 8.0~9.0 7.0~8.0

5000 9.0~9.5 8.0~8.5

6000 9.5~10.0 8.5~9.0

2.3 施工方法及控制

(1)点夯分两遍完成，隔点不隔行；满夯分两遍完成，先夯间满夯，再普夯。

(2)控制间歇时间，两遍点夯的间歇时间不少于20天，以超孔隙水压力消散大于70%以上控制，点夯与满夯间歇时间不少于15天，以超孔隙水压力消散大于50%控制。

2.4 施工注意事项

(1)路堑段应首先开挖后夯击，并根据路堤强夯段的下沉量资料，在开挖至高于路基设计标高一定值后进行夯击，使夯击后地面标高低于并接近设计标高。

(2)斜坡段路堤基底的横向或纵向坡度陡于1：5的陡坡段，须先把斜坡推出处理范围外，开挖出满足机械作业要求的台阶后，再进行夯击。

(3)当原地面表层较湿或含水量较大时，在夯击前应在该段铺垫10cm~20cm厚的碎石，然后进行夯击。

(4)冬季施工时，如冻土层厚度<0.5m时，应在原夯击数上加夯2击~3击，当冻层厚度>0.5m时，则不宜施工。

最佳夯击能与控制标准的确定

由动力固结理论，使地基中产生孔隙水压力达到土的覆盖压力时的击实能称为最佳击实能，当单击夯击能一定时，与最佳击实能相对应的夯击次数称为最佳夯击数。恰当选择夯点击数，是取得良好加固效果的一个重要因素。夯点击数小，达不到压实加固效果，击数过大，不仅费用高、不经济，有时还会降低地基承载力。因此，夯点数应根据地层结构等选择最佳数值。

最佳击实能的确定可采用单点夯沉量与夯击次数关系曲线确定，且满足最后两击平均夯沉量≯5cm，夯坑周围地面不发生过大隆起及不因夯坑过深而发生起锤困难。在试夯过程中，对每一夯点的每一击的夯沉量进行测量，并绘出夯沉量与夯击次数的关系曲线。

一般，夯击最初的几击，夯击数—夯沉量曲线陡增，各击夯沉量增加幅度较大，此时地基受到冲击挤压，土的密实度增加，承载力提高，压缩性降低，主要表现为塑性变形。其后，随着夯击数的增加，每击的夯沉量逐渐减小，此时地基土的变形包括塑性变形和弹性变形，当达到一定击数以后，每击夯沉量显著减小（在5cm以内），夯击数—夯沉量曲线趋于平缓，每击夯沉百分率也<5%，夯击能主要消耗于地基的弹性变形。

单点夯击同时满足条件1、2中的①、②两项时可以止夯。

条件1 ①同一夯位最后两击的平均夯沉量<5cm;

②单点夯击次数≮4击；

条件2 ①单位面积累计夯击能>2000kN.m;

②夯坑深度>120cm；

满夯结束7天后对强夯处理地基取样进行湿陷性系数、干密度、承载力等项目的检测。强夯施工段检测频率500米钻探一处，每隔一米的深度范围取样，检测标准如下：

湿陷性系数s

每处的平均值s≤0.005，最大值不超过0.015；

(2) 干密度d

强夯的平均值d ≥1.58g/cm3，最小值不小于1.50 g/cm3。

(3) 地基土容许承载力

强夯的平均值大于210kPa.

如果湿陷性系数的检测结果不能满足上述标准，则该钻探处所代表路段重新夯击，如干密度或承载力不能满足上述标准，可在相邻钻探检测。

试验检测

对强夯的整个夯击过程应该采取夯前、夯中、夯后三个阶段的控制。

4.1 夯前检测

(1)检测夯锤的重量及锤底面积；

(2)检测场地平整情况；

(3)对需夯击处理范围内的地基原状土取样，分别进行物理力学性能的分析；

4.2 夯中检测

夯锤的落距不得小于设计落距；

夯锤的落点误差不得大于15cm；

(3)控制单位时间内的夯击处理面积；

(4)控制夯击遍数间的间隔时间；

(5)夯击过程中的异常现象，如夯坑周围出现隆起，夯沉量异常等情况；

4.3 夯后检测

(1)每一遍夯击完后，应检测夯坑深度、夯点间距及处理宽度合格后方可填平；

(2)满夯后，对场地进行平整和压实，应达到规范要求的原地面的各项指标，并测量高程，填写地面标高变化；

(3)满夯结束7天后，在夯击处理范围内垂直取样，每隔一米的深度范围取样，分别进行物理力学性能的分析。

5 结语

地基强夯施工技术含量高，采用上述方法所用设备简单，原理直观，适用范围广泛，可用于加固各种填土、湿陷性黄土、碎石土、砂土、一般粘性土、软土以及工业、生活垃圾等地基，特别是对非饱和土加固效果显著。对饱和土地基加固效果的好坏，关键在于排水，如饱和砂土地基，渗透性好，超孔隙水压力容易消散，夯后固结就快。对于饱和的粘土或淤泥土，由于渗透性差，土体内的水排除困难，加固效果就比较差。

参考文献

1郑晏武，中国黄土的湿陷性．北京：地质出版社，1982

2叶书麟.地基处理.北京：中国建筑工业出版社，1988

3岩土工程勘察规范。GB50021-2009

4 建筑地基处理技术规范．JGJ 79-2012

作者简介

1江 飞，毕业于河北工业大学，中级职称，一直从事结构设计工作

2付彦亭 ，毕业于河北工业大学，中级职称，一直从事结构设计工作