强夯法处理膨胀性填土地基的应用研究

张家柱 代世军

强夯法处理膨胀性填土地基的应用研究

张家柱 代世军

一、膨胀性填土地基强夯加固的可行性分析

就膨胀性填土地基而言，其水平和垂直方向上的不均匀性以及含水率的紊乱性，是引起地基不均匀升降的不利因素。为了使建成后的房屋不受膨胀土的吸水膨胀和失水收缩而引起破坏。如何处理好膨胀性填土地基是本次研究的主要内容。

国外文献指出：膨胀土的膨胀压力随初始干密度的增大而增大。当干密度降低时，膨胀压力迅速地趋向零。当干密度增大时，膨胀压力则急剧增大并趋向无穷大（见图1），这表明地基夯得过于密实，则膨胀对建筑物的破坏将是极其严重的。显然，这与加固填土地基的要求相矛盾。因此，对膨胀性填土地基上利用强夯加固的可行性，有人持否定意见。但分析图1的曲线后，膨胀压力主要取决于干密度，如果将干密度控制在膨胀压力不致于过大的范围（即1.60～1.70g/cm3）内，并规定一个合理的地基承载力和压缩系数，则建筑物的不均匀沉降可以人为地加以控制。针对膨胀土上述的工程性质，选用强夯施工主要参数时，除考虑一般粘性土的共性外，必须研究其特殊性，也就是说，除满足一定的地基强度和地基变形要求外，必须探讨该处膨胀性填土随干密度变化的胀缩性规律。

二、场地膨胀性填土工程特性

场地填筑土料为当地的膨胀性粘土，由洪积形成，夹少量铁锰结核；黄褐色、硬塑状态。膨胀性填土的矿物组成以伊利石为主，含少量蒙脱石，颗粒组成为砂粒（＞0.05mm）占12%，粉粒（0.05～0.005mm）占56%，粘粒（<0.005mm）占32%。系采用汽车倾填、推土机整平和碾压的方式进行填筑，填土层厚度5.0m左右。碾压后的填土及填土底面以下天然土的物理、力学性能及胀缩性能指标见表1。

三、强夯加固的工艺试验及主要施工参数

1.工艺性试验结果

通过对场地膨胀性填土的强夯试验,得出膨胀性填土地基的最后一锤夯沉量与干密度的关系见表2。

经对试验成果分析,确定场地膨胀性填土的夯实干密度按1.60g/cm3来进行控制是比较合适的。

2.主要施工参数

图1 恒定含水率试样不同密度对膨胀压力的影响

表1 膨胀性填土及天然地基土的试验成果

表2 各夯击阶段的干密度值

（1）起重设备采用W1001履带吊车，夯锤采用圆柱型，直径2.10m，锤重10.5t，落距 10m，单点夯击能为1050kN·m。其有效加固深度按Menard公式计算：

式中：H—有效加固影响深度，m；

M—夯锤的质量，t；

h—落距，m；

α—加固深度修正系数，取0.6。 =6.1m≥5.0m，满足加固填土深度的要求。

（2）夯击点布置：按间距5.0m的梅花型布置，场地上共设计夯击点186个，采用3遍间断夯击的办法，间歇时间15～20d，用水准仪观测夯击点的沉降量；夯击过程中用最后一锤的夯沉量不小于10cm进行定量控制，即：

第一遍，最后一锤的夯沉量控制在15cm；

第二遍，最后一锤的夯沉量控制在10cm；

第三遍，最后一锤的夯沉量小于10cm，若大于10cm则加夯。

（3）夯击次数及夯沉量：每夯击点的夯击次数为8～9击，单位平均夯击能量为1120～1870kN·m/m2。

四、强夯加固后的效果检验与评价

1.静力触探原位试验成果

强夯加固前、后分别在场地上布置了8个静力触探孔，根据试验成果,按照填土的深度,自上而下统计出每米深度范围内夯实前、后的结果见表3。

2.静载荷试验成果

强夯前、后在场地上分别进行3处试验点的静载荷试验，其中在强夯后的地基中增加了3处试验坑被水浸泡10d以后的静载荷试验，结果见表4。

3.强夯后膨胀性填土地基的主要特性指标

强夯前、后在场地上分别进行5处钻孔试验，钻取填土试样，分别进行胀缩性和压缩性试验结果见表5。

4.强夯加固后的膨胀性填土地基评价

（1）场地膨胀性填土地基经强夯加固后，实测场地的平均夯沉量为89.5～107.1cm。填土的夯实干密度基本控制在1.60g/cm3左右。填土地基的膨胀压力在40～70kPa范围内变动。在处理后的场地上建造建筑物时，只要其基底处应力控制在不小于80kPa左右，这就相当于向膨胀土上施加了相反的力。即使是地基产生浸水，也不致于产生向上的膨胀变形。无论在何种条件下强夯后的膨胀性填土地基都满足承载力要求。

表3 每段深度内平均比贯入阻力Ps值统计成果

表4 静载荷试验成果

表5 膨胀性填土层强夯前、后的主要特征指标

（2）强夯后填土的干密度有所提高而其含水率有所降低，即使是在恒定含水率时，随着干密度的增大线缩率也略有下降。说明强夯后的膨胀性填土对改善收缩性能是有利的。

（3）该场地膨胀性填土地基，当干密度夯实达到1.60g/cm3左右时，填土的压缩性显著降低，孔隙比由最大1.05减小到0.70～0.80左右，说明填土地基已趋向均匀，对有效地控制建筑物的不均匀沉降起到了关键性作用。

（4）由于填土地基的不均匀性较为显著（如填料块粒大小不一，机械碾压时压密程度不一致，天然地面起伏，填土厚簿不一），故强夯时，应用最后一锤的夯沉量作为控制施工参数，比控制总的夯击击数更为合适。

五、结语

膨胀性填土地基采用强夯法进行加固，强夯控制标准按最后一锤的夯沉量不小于10cm执行，最终夯实后场地填土的干密度达到1.60g/cm3左右，此时夯实后的膨胀性填土的膨胀压力在40～70kPa，小于建筑物基底处的应力，填土地基的线缩率有所降低。同时填土地基的压缩性达到中等偏低压缩性地基的要求，消除了填土的不均匀性对建筑物的影响。加固后的膨胀性填土地基与同类膨胀土天然地基的同一指标相比未出现恶化现象。因此，经强夯后的膨胀性填土地基在取得其主要胀缩性指标后，参照《膨胀土地区建筑技术规范》中规定的同等膨胀土天然地基的有关条款进行设计是可行的。根据实践经验，已建成的房屋运行多年未出现任何异常情况，因此，用强夯法来加固膨胀性填土地基是可行的

（作者单位：安徽省·水利部淮委水利科学研究院 233000）

（专栏编辑：张 婷）