湿陷性黄土地基中强夯法处理的应用分析

胡宇峰 李鹏伟

摘要：强夯技术是持续将夯锤升到相对的高度后，直接砸击地面给地基土以超强的砸击和地基颤动能量，进而压缩了地面土层的原有空隙，土颗粒重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性并减小或消除土体湿陷性的一种有效的地基加固方法，也是目前处理湿陷性黄土最为常用和经济的地基处理方法之一。本文阐述了湿陷性黄土的机理和影响湿陷性黄土的因素，并根据工程实例，判断其地基土的湿陷性等级，并对其采用强夯法处理湿陷性黄土地基进行了设计，最后对其进行质量检验。

关键词：湿陷性影响；强夯技术施工；方案设计

1黄土湿陷的机理及方案选择

1.1将黄土的微观结构特征、孔隙特征与黄土的湿陷机理结合起来研究，这样就能揭示黄土的工程性质的本质特征：黄土结构比较疏松，还有多孔性，特别是结构性孔隙是黄土湿陷性的第一空间条件，也可以称为第一层次原因；黄土中不抗水颗粒之间的联结，是湿陷性的第一重要条件，也可以称为第二层次原因；黄土中不抗水颗粒之间的联结主要是粘土中的水—胶的联结，以及可溶盐及溶液中离子的种类、浓度都会对湿陷性造成影响。

1.2湿陷性黄土地基常用的处理方法包括垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法等。本工程湿陷性地基土分布于整个拟建场地，需要整体处理，周边建筑物及居民距场区距离较远，采用挖隔振沟措施可消除强夯振动的影响。综合考虑，本工程采用强夯法进行消除湿陷性处理，该方法施工周期短，施工质量易于控制，施工费用较低。

2影响黄土湿陷性的因素

2.1粒间的组成对湿陷性的影响

试验说明，粘粒含量越少，湿陷性越强。粘粒在黄土的结构中主要起胶结作用，尤其是<0.002mm的细粘粒，它所起的胶结作用更加明显。粘粒含量少时，黄土骨架的胶结形式主要是薄膜式，所以这种胶结强度较低，容易破坏，从而湿陷性强；粘粒含量高时，黄土骨架的胶结形式多为镶嵌式，故这种胶结强度高，不容易破坏，从而湿陷性弱。一般来说，黄土中的粘粒含量超过30%时，湿陷性就会基本消失。

2.2可溶盐含量对湿陷性的影响

可溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐3种。由于可溶盐在固态时对土粒起胶结作用，但是溶解后即呈离子状态时就会与土粒表面吸附的阳离子发生置换，所以影响到黄土的湿陷性。一般认为易溶盐（NaCl，KCl，Na2SO3，Na2CO3）含量高时黄土的湿陷性强；中溶盐（CaSO4）含量多时湿陷性也越大；难溶盐（CaCO3）在黄土中既起骨架的作用又起胶结的作用，即难溶盐的含量越多，湿陷性就越弱。

2.3含水率对湿陷性的影响

天然含水率比较低的黄土湿陷性较强，而天然含水率高的黄土湿陷性就比较弱。所以，当天然含水率>25%时，或者处于地下水位以下时，黄土就没有湿陷性了。

2.4干重度对湿陷性的影响

黄土的干重度越小，孔隙比就越大，湿陷系数也就越大。一般认为当干重度>15kN/m3时，黄土的湿陷性基本上就没了。

3工程概况

某住宅小区的地基处理，该工程上部建筑由4根截面尺寸为600mm×600mm的柱子承重，每根柱子上的结构荷载设计值为M=850kN·m，N=7580kN；绝对高程为856.0m，场地平坦，上部覆盖黄土层>70m。地质勘察深度范围内地层均属第四纪中更新世至全新世洪积形成的，地层分布连续且比较稳定，主要由黄土状粉土、黄土状粉质粘土及老黄土构成，自上而下依次分为6层，各层地基土天然承载力特征值见下表所示（表中承载力未考虑土层浸水后承载力大幅下降的结果）。

4湿陷类型及湿陷等级的评价

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》地基土自重湿陷量Δzs、地基土的湿陷量计算值Δs：

（1） （2） 式中δzsi，δsi—分别为第 i 层土的自重湿陷系数和湿陷系数；β0—因土质、地区而异的修正系数；β—考虑受水浸湿和侧向挤出的修正系数；hi—第 i 层土厚。计算得出结论，湿陷量计算评价见下表所示。

该工程中综合考虑了以下2个因素对地基湿陷性的评价为：①该建筑为非用水建筑物；②在场地周围地质环境不发生重大改变的情况下，该场地地下水位上升至现勘察深度范围内的可能性几乎不存在。因此，该工程可按自重Ⅲ级严重湿陷性来考虑，湿陷性土层为 1，2，3层。所以，对该工程湿陷性地基的处理考虑采用的方案是：强夯法+桩基础共同消除黄土的湿陷性的影响。

5强夯施工方案设计

强夯方案设计是地基处理能否取得良好效果至关重要环节。所以，方案设计要根据地基处理的目的、工程地质条件，合理地选择强夯能级、夯点间距、夯击击数及施工工艺，还要考虑锤形、锤重等因素。

5.1强夯能级

使用的能级主要取决于要求消除湿陷的深度，消除湿陷的深度越深，使用的能级也就越大，一般可用Menard修正公式估算有效加固深度为 （3）式中 W—夯锤锤重；h—重锤落高；α—有效加固深度的修正系数。在拟建工程场地，采用6000kN.m能级强夯，用式（3）估算的有效加固深度为7.5m，满足要求。

5.2夯击点布置及间距

该工程设计采用等边三角形的布置形式，夯击点间距取决于基础布置、加固上层厚度和土质条件等因素；由于基础的应力扩散作用，强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3。加固土层厚、土质差、透水性弱、含水率高的粘性土，夯点间距宜大，故夯锤底直径为3.5m，夯擊点间距宜取为6.5m，落距20m。

5.3夯击次数及间歇时间

夯击次数是取得较好夯实效果的一个重要方面，应根据地层特点通过试验选择最佳击数。在该工程，单点1次连续夯击数宜为8～10击，可以根据工程的具体情况进行调整。间歇时间，是指相邻夯击2遍之间的时间间隔。对于湿陷性黄土，孔隙水压力的峰值出现在夯击完后的一瞬间，每遍的总夯击能越大，则孔隙水压力消散所用的时间就越长，孔隙水压力消散，地基上稳定后，才能够进行新的夯击作业，一般情况下28d左右才能消散。因此，该工程的间歇时间取28d。

6强夯技术质量控制

6.1载荷试验检验

对经过强夯的场地进行载荷试验检验强夯效果。最大加荷量为60t，P-S曲线较平缓，没有出现明显拐点、加荷量大于设计荷载25t的2倍还多，按S/b=0.01，S是沉降量，b为承压板宽度，不超过加载值的1/2，故该点的地基承载力基本值取为30t，对应的沉降量S为5.5mm。

6.2土工试验检验

在夯实前后取土样进行土工试验，得到夯实前后的土的物理指标，见下表所示。

通过以上检验结果可知，采用强夯的方法，夯实前后土层强度和土性参数都得到了很大的提高，加固效果非常显著，基本上消除了黄土的湿陷性。

7结语

强夯法在处理湿陷性黄上地基工程中，已经得到广泛应用，该方法具有处理效果好、造价低、工期短等特点。湿陷性黄土又称为大孔土，其特性是指黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之迅速降低。黄土的湿陷性一般会导致地基承载力不足，不能满足建筑设计的承载要求，还会给已有建筑物、构筑物带来不均匀沉降等问题，对建筑物的安全正常使用造成很大的威胁。因此，在湿陷性黄土地区建筑的设计中，如何处理好地基的湿陷性非常必要。文中计算了强夯治理湿陷性黄土有效加固深度、加固后地基承载力的影响，结果表明，通过强夯的方法可以消除地基湿陷性的影响。