重锤强夯法处理湿陷性黄土地基效果分析

林朝清

(福建省交通科学技术研究所)

1 前言

由于黄土颗粒表面含有可溶盐，同时其结构具有肉眼可见的近乎铅直的小管孔、在雨水及地表水的浸湿下可溶盐溶解，从而使小土颗粒向大孔隙中滑移，导致地面沉陷，具有这种性质的土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土对工程的影响包括建筑物开裂、突然下陷、突然失稳等。

重锤夯实是指将一定重量的重锤以一定落距冲击和振动地基，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，达到消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。

2 工程概况

新疆奇台至木垒高速公路项目区地层以卵砾石层为主，其上分布有低液限粉土，层厚通常小于1 m，局部最大厚度在2.7 m。室内试验结果表明，该土层具有一定的湿陷性，湿陷等级为非自重湿陷Ⅰ级或Ⅱ级。根据设计特殊路基处理原则，即加强路基范围的防排水设计，防止路基侧积水浸泡路基，对场地湿陷性等级低的路段进行浅层处理。对于湿陷性土层厚度H＞130 cm的Ⅰ级、Ⅱ级非自重湿陷路段，采用加强防排水设计和重锤夯实综合处理方案。

3 重锤强夯处理法要点分析

通过实施不同夯击遍数，绘制夯击遍数与沉降量关系曲线，对比土体夯击前后压实度、湿限系数、地基承载力、孔隙比的变化，确定消除湿限性的夯击次数，并对设计的夯击能、夯击遍数等参数进行检验和修正及指导大面积施工。

夯点采用矩形布置，夯点间距4 m，夯锤底面为圆形，直径1.5～2.0 m，落距4.0～8.0 m;第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，施工时可根据试夯合理调整夯击点间距。重夯共夯击四遍，单点击数应按现场试夯得到的夯击次数和夯降量关系曲线确定。并满足:(1)最后两击的平均夯降量不宜大于50 mm;(2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起;(3)不应因夯坑过深而发生提锤困难。

试验过程中主、副夯以800 kN·m的单点夯击能跳夯两遍，最后再以600 kN·m的低能量满夯两遍。重夯处理范围为路堤底宽+(2×3 m)。

根据设计给定夯击能计算夯击的有效深度H，单击夯击能(kN·m)=锤重M(kN)×落距h(m)。

夯击的有效深度4 m大于本项目最大湿陷性黄土层厚度2.7 m，满足要求。

4 重锤夯实试验段试夯步骤

(1)清理并平整施工场地，清除高空及地面障碍物，测量场地高程，布设主副夯的夯点，以不漏夯为布设原则;夯点布设情况见图1，第一遍夯点即为设计主夯点，第二遍夯点为设计的副夯点。

(2)测定夯锤质量、面积，确定夯锤落距，对所有夯击锤进行称重，落距根据单击夯击能和锤重确定，即 锤重M(kN)×落距h(m)=单击夯击能(kN·m)，并对每个夯锤落距做好标记。详见表1。

(3)起重机就位，使夯锤对准夯点位置，测量夯前锤顶高程。

(4)将夯锤起吊到标记高度，待夯锤自动脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时将坑底整平。

(5)按设计规定的单点夯击能为800 kN·m、最后两击下沉量小于5 cm为控制标准，完成一个夯点的夯击;重复步骤③～⑥，完成第一遍全部夯点的夯击。

(6)用推土机将夯坑填平，再在第一遍夯点间布设第二遍夯点，重复步骤③～⑥完成第二遍全部夯点的夯击。

(7)第二遍夯点完毕后，用推土机平整场地，按全幅连续满夯2击，完成600 kN·m的低能量满夯2遍，将表层土夯实拍平，满夯时彼此搭接1/4夯锤直径。

(8)经7 d后，测试土层承载力，取土层底部土样进行室内试验，测定土湿陷性，对比夯击前后结果。

图1 夯点布设图

表1 夯锤重量及落距一览表

5 重锤强夯法处理湿陷性黄土效果分析

选取K121+000～K121+200段为试验段，该段湿陷性黄土厚度为1.3～2.0 m，属Ⅰ级非自重湿陷性黄土。本项目设计重锤夯实路段的湿陷性黄土层平均厚度均在1.3～2.0 m间，具有代表性。该段地表土试验数据见表2。

表2 地表原状土试验数据

对各夯实机的第一遍和第二遍夯击点的沉降量进行统计分析，试验结果见表3;夯击数与夯沉量关系图，见图2;取重锤夯实前后土层的湿陷性系数及承载力情况，见表4。

表3 夯击数与夯沉量关系表

表4 重锤夯实前后土层的湿陷性系数及承载力对比表

图2 夯击数与沉降量关系图

对以上图表进行分析可以得出以下结论:单击夯沉量随着夯击次数增加而逐渐减小，累计总夯沉量随着夯击次数增加逐渐增大，但增幅逐渐减小，趋于稳定，经7次夯击后夯沉量变化不大，坑底土微隆起，并向坑内挤出。说明土体逐渐密实，已处于弹性状态，可停止夯击。最后两次夯击的夯沉量为3.7 mm，远小于设计要求的50 mm，满足设计要求，并消除了黄土的湿陷性;容许承载力提高了280%，达到夯击加固地基效果。

可确定夯击遍数不小于7遍、夯实后7 d地基承载力不小于380 kPa、最后两击的平均夯降量不大于50 mm作为质量控制指标，指导本项目冲击碾压对湿陷性黄土地基处理的施工。

6 施工注意事项

(1)夯点布设:强夯布点时，夯距的大小也直接影响强夯对地基的加固，根据工程实践得出，夯距不宜大于强夯的有效影响深度，也不宜小于夯锤直径的1.5倍。按照不漏夯布设原则，当锤径为2.5 m时，夯点间距为5 m;当锤径为1.5～2 m时，夯点间距为4 m。

(2)单击夯击次数控制:强夯法处理地基过程中，存在最佳夯击次数，在此夯击次数范围内，加固效果随夯击次数的增加而加强，当超过此次数后，对土体的加固效果不大，此时被夯实地基已经达到压密极限。所以施工过程中不应盲目的增加夯击数，应按照试验段确定夯击数施工，否则夯击数过多不利于功效的提高，甚至会对土体产生剪切破坏，带来不良的影响。

(3)夯锤面积选择:锤底面积的大小直接决定夯锤着地时的冲击压力，进而影响强夯的有效加固深度。在单击夯击能一定情况下，锤底面积过大，则单位面积上的冲击应力小，不足以破坏土的结构，贯入度就小，达到相同的加固效果所需夯击次数就越多，加固效果不显著;如果锤底面积过小，虽然单位面积的冲击应力增大，容易破坏土的结构，贯入度就大，所需夯击次数较少可以达到较好加固效果，但塑性状态的土易于向侧面挤出，同时夯锤底面积太小，夯击时所需的夯击点相应增加，从而增加工程量。所以，只有选择适当的锤底面积，才能得到比较满意的加固效果。根据本项目实践，建议锤底直径控制在1.5～2.5 m之间。

(4)夯击时间间隔控制:两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中超孔隙水压力的消散，待地基稳定后再夯下一遍，一般时间间隔为1～4周，若无地下水或地下水在5 m以下，可以取1～2 d时间间隔，甚至不需要时间间隔，夯完一遍后，将土推平，连续夯击。本项目处于干旱少雨区，地下水在40 m以下，采用连续夯击。

7 结束语

强夯法设备简单、原理直观、施工速度快、不添加特殊材料、造价低特点，是一种较好的、行之有效的地基处理方法，已广泛应用于高速公路软弱地基的加固工程，值得推广。强夯施工应注重理论与实践经验相结合，不能生搬硬套，一定要结合实际情况认真进行分析。提出科学合理的施工方案，制定恰当的验收指标，避免人力物力资源的浪费。

［1］公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］湿陷性黄土地区建筑规范(GB 50025-2004)［S］.北京:中国建筑工业出版社，2004.