湿陷性黄土高能级强夯试验研究

王程亮 耿慧辉

(中国航空规划建设发展有限公司，北京 100121)

湿陷性黄土高能级强夯试验研究

王程亮 耿慧辉

(中国航空规划建设发展有限公司，北京 100121)

针对实际工程强夯能级超出现行规范指导范围的情况，以甘肃省某工程为背景，开展了湿陷性黄土地基采用高能级强夯加固处理试验研究，重点分析了强夯前后土体孔隙比、压实系数以及湿陷系数的变化情况，总结了9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m能级条件下强夯针对湿陷性黄土的有效影响深度，试验研究成果可为同类工程的设计与施工提供参考。

湿陷性黄土，高能级强夯，压实系数，湿陷系数

0 引言

黄土在我国中、西部地区分布广泛。随着国家西部大开发战略的实施，在黄土地区开工建设的工程项目越来越多，针对黄土地基处理的相关研究已经有丰富的成果和成熟的经验[1]。实践证明，强夯法是处理湿陷性黄土的有效方法，由于具有简便、经济以及快捷的特点，强夯法被广泛应用于大量的工程项目当中[2]。随着机械设备水平的提高和进步，强夯能达到的最大能级也在逐步增加，10 000 kN·m以上的强夯能级在实际工程中已经开始逐步应用[3]，但GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范中所涉及的强夯能级最大只有8 500 kN·m，规范难以指导8 500 kN·m能级以上强夯的设计与施工。

鉴于此种情况，本文将针对8 500 kN·m能级以上的湿陷性黄土地基强夯进行研究和探讨，重点分析在高能级强夯工况下的有效影响深度及加固效果，为今后高能级强夯在湿陷性黄土地基处理中的设计和施工应用提供参考和借鉴。

1 试验区地质概况

试验场区为甘肃省某大型工程湿陷性黄土地基试验段。地基土属大厚度自重湿陷性黄土，湿陷等级为四级。场地地层分布如下：

①填土：整个场地均有分布，层厚0.5 m～1.7 m；②黄土状粉土：整个场地均匀分布，层厚10.7 m～27.9 m；③马兰黄土：分布于整个场地，层厚18 m～32 m；④粉质粘土：分布于场地大部分地段，层厚0.9 m～12.3 m。主要土层物理力学指标见表1。

表1 主要土层物理力学指标

勘察过程中仅发现少量局部上层滞水，没有发现地下水出露，本工程可不考虑地下水造成的影响。

2 试验内容

表2 试验区强夯参数统计表

在场地内代表性地段选取三块尺寸为20 m×20 m的区域作为强夯试验区，分别采用9 000 kN·m，10 000 kN·m以及12 000 kN·m的点夯夯击能进行强夯处理，夯点按照梅花形布置。点夯完成后三个试验区分别采用1 000 kN·m的能量进行满夯处理，满夯锤印搭接1/3，各小区强夯试验参数见表2。

强夯完成后，在每个试验区分别开挖三处探井，且确保其中有两处探井位于夯点土上。样品送至试验室进行压实系数测定以及湿陷系数测定。

3 试验过程与结果分析

3.1 强夯小区试验过程

强夯小区试验过程中，根据最后两击平均夯沉量、夯坑周边土体隆起等情况控制单点夯击击数，具体参数见表3。

表3 试验区强夯过程参数表

小区试验情况表明，随着强夯击数的增加，土体逐渐密实，夯坑周围隆起变形较小，且都能达到规范要求的终锤标准。对整个试验过程进行纵向对比分析可以看出，在确定的强夯单击能级下，第一遍强夯点前6击夯沉量较大，后6击夯沉量较小并逐渐收敛。第一遍夯完后随着土体的密实，随后几遍单点夯击击数呈逐渐减小的趋势。横向对比分析可以看出，夯击能越大，达到终锤标准所需的单点夯击击数越多，累计夯沉量也越大。且随着夯击能级的增大，为保证强夯效能的充分发挥，同一遍点夯之间的间距也应相应增大，对应的夯击遍数也相应增多。

表4 各试验区强夯前后孔隙比指标对比表

3.2 强夯前后土体孔隙比对比

强夯完成后，对试验区内土体进行探井取样，并通过室内试验测定土体的孔隙比指标。每个试验区布置三处探井，其中一处位于夯间土范围、两处位于夯点土范围，探井深度14 m，取样间距1.0 m。强夯后各项物理力学指标统计情况见表4。

通过表4可以看出，强夯完成后土体的孔隙比指标有所改善，总的来说浅层变化比较大、深层变化比较小。高能级强夯能够在一定深度范围内加固试验区的湿陷性黄土地基。单纯从孔隙比指标的变化判断，9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m三个能级强夯的有效加固深度(从起夯面标高算起)分别为：7 m，8 m和11 m。

3.3 强夯后土体压实系数变化情况

强夯完成以后，压实系数的测定的取样原则与测定土体孔隙比指标的取样原则相同，强夯后压实系数的统计情况如图1，图2所示。

由图1可以看出，强夯完成后，对于单点夯击能为9 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯点土压实系数为0.79～0.87，对于单点夯击能为10 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯点土压实系数为0.79～0.90，对于单点夯击能为12 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯点土压实系数为0.82～0.98。由图2可以看出，强夯完成后，对于单点夯击能8 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯间土压实系数为0.78～0.83，对于单点夯击能10 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯间土压实系数为0.77～0.85，对于单点夯击能12 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯间土压实系数为0.78～0.97。

根据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范中的相关规定，将满足丙类建筑要求的最小挤密系数0.84作为判定界限，结合上述数据进行分析可以得出，当单点夯击能9 000 kN·m，强夯有效影响深度约为6 m；当单点夯击能10 000 kN·m，强夯有效影响深度约为7 m；当单点夯击能12 000 kN·m，强夯有效影响深度约为11 m。

3.4 强夯后土体湿陷系数情况

强夯完成后，湿陷性系数的测定的取样原则与测定土体孔隙比指标的取样原则相同，强夯后湿陷系数的统计情况如图3，图4所示。

由图3可以看出，强夯完成后，对于单点夯击能9 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯点土湿陷系数为0.004～0.029，对于单点夯击能10 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯点土湿陷系数为0.004～0.026，对于单点夯击能12 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯点土湿陷系数为0.001～0.022。由图4可以看出，强夯完成后，对于单点夯击能9 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯间土湿陷系数为0.007～0.027，对于单点夯击能10 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯间土湿陷系数为0.007～0.028，对于单点夯击能12 000 kN·m的试验区，在1.0 m～15 m范围内夯间土湿陷系数为0.001～0.029。

结合上述数据进行分析可以得出，当单点夯击能9 000 kN·m，加固土体6 m范围内湿陷性基本完全消除；当单点夯击能10 000 kN·m，加固土体7 m范围内湿陷性基本完全消除；当单点夯击能12 000 kN·m，加固土体11 m范围内湿陷性基本完全消除；湿陷性消除的情况与根据压实系数判断的强夯有效影响深度情况基本一致，说明湿陷系数同压实系数之间存在着紧密的相关性。

4 结语

1)对于本工程的湿陷性黄土地基，9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m三个能级强夯的有效加固深度分别为：6 m，7 m和11 m，采用menard公式进行影响深度估算时，修正系数建议取值在0.21～0.31之间。此结论可以为今后类似的工程项目提供参照。

2)本工程中三种能量的强夯影响深度，与相关文献中推荐的相应能级强夯有效加固深度相比较浅[4]，其原因应是与土体含水量低从而影响强夯的效能有关。在工程条件具备时，建议在强夯前先对场地进行增湿处理。

3)湿陷性黄土地基具有较为复杂的工程特性，本工程高能级强夯试验数据仍具有一定的离散性，实际应用时尚应根据工程的实际情况制定针对性的方案参数，以便取得最佳的处理效果。

[1] 吕秀杰,龚晓南,李建国.强夯法施工参数的分析研究[J].岩土力学,2006,27(9):1628-1633.

[2] 贺为民,范 建.强夯法处理湿陷性黄土地基评价[J].岩石力学与工程学报,2007,26(S2):4095- 4101.

[3] 詹金林,水伟厚.高能级强夯法在石油化工项目处理湿陷性黄土中的应用[J].岩土力学,2009,30(S2):469- 473.

[4] 年廷凯,李鸿江,杨 庆,等.不同土质条件下高能级强夯加固效果测试与对比分析[J].岩土工程学报,2009,31(1):139-142.

Study on high-energy dynamic compaction experiment of collapsible loose

Wang Chengliang Geng Huihui

(ChinaAviationPlanningandConstructionDevelopmentCo.,Ltd,Beijing100121,China)

In light of current high-energy dynamic compaction guiding norms, taking Gansu engineering as the background, the paper carries out high-energy dynamic compaction reinforcement experiment of collapsible loose, mainly analyzes varying conditions of pre and post soil ratio, compaction coefficient and collapsible coefficient, and summarizes effective depth of dynamic compaction upon collapsible loose under 9 000 kN·m, 10 000 kN·m, and 12 000 kN·m energy dynamic compaction conditions, which has provided some guidance for similar engineering design and construction.

collapsible loose, high-energy dynamic compaction, compaction coefficient, collapsible coefficient

1009-6825(2015)07- 0045- 03

2014-12-26

王程亮(1983- )，男，工程师； 耿慧辉(1982- )，女，工程师

TU472.31

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