强夯法处理湿陷性黄土地基的研究

孙 政，杨庆义，曹 劲

(1.国核电力规划设计研究院有限公司，北京 10095；2.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013；3.中国电力规划设计协会，北京 100120)

强夯法处理湿陷性黄土地基的研究

孙 政1，杨庆义2，曹 劲3

(1.国核电力规划设计研究院有限公司，北京 10095；2.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013；3.中国电力规划设计协会，北京 100120)

结合某电厂工程，对采用强夯法提高地基土承载力、消除湿陷性黄土的适用性试验研究，通过现场有效的质量控制，采用平板载荷试验、钻探与取样、井探、标准贯入试验、室内土工试验方法进行检测评价对比，在一定深度内能够有效提高复合地基的承载力并消除其湿陷性，更趋经济合理，具有推广价值。

湿陷性；黄土；强夯；地基处理。

随着我国经济建设快速发展，基础设施建设蓬勃兴起，特别是大型能源基地。但在工程建设中，常遇到湿陷性黄土地基的处理问题。本文结合工程，针对某电厂工程面临的湿陷性黄土地层采用强夯法处理方案，对其可行性进行分析研究，从现场实测试验来看，取得很好效果。

强夯法，在采用大面积湿陷性黄土土作为建筑地基时，可根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件，结合施工机械设备与当地材料来源等综合分析，通过对强夯过程和工艺进行有效设计，其结果对提高地基承载力、全部或部分消除其湿陷性能够起到很好作用，值得推广和借鉴借鉴。

1 试验工程

1.1 工程概况

工程拟建2×600 MW超临界燃煤汽轮发电机组及其公用设施，强夯地基处理试验地段为共用设施地基处理。

1.2 地层条件

该地段地貌成因类型为冲洪积扇，地貌类型为缓坡地，试验区在强夯前已被整平，地形平坦。揭露地层为第四系人工填土(Q4s)、第四系全新统(、、上更新统()、中更新统)冲洪积层，岩性主要有素填土、黄土状土和黄土。具体见表1。

表1 场地地层分布

1.3 地下水条件

场地地下水类型为第四系孔隙潜水、上层滞水，主要赋存于第四系松散层中。以大气降水和灌溉入渗为主要补给方式，以蒸发、侧向径流为主要排泄方式。厂址区年平均最高水位埋深大于30.00 m，可不考虑地下水对建筑物基础的影响。

2 强夯试验方案设计

2.1 设计要求

(1) 主夯夯击能采用4000 kN·m，起夯面高程948.00 m。

(2) 强夯后地基承载力特征值fak≥180 kPa。

(3) 对湿陷性黄土有效加固深度≥5 m。

(4) 强夯区夯后地基土干重度≥15 kN/m3。

2.2 试验方案

利用强夯法处理的湿陷性黄土为Ⅱ级非自重湿陷性黄土，局部地段为前期场地平整时回填的素填土。根据现场地基土的实际情况，制定切实可行、有针对性的强夯试验方案才能有效的加固地基，以满足设计要求。

方案设计包括单点夯击能、夯击击数、夯击遍数、夯点布置等参数。

2.2.1 单点夯击能

根据地基土的工程性质及设计要求选择适宜的单点夯击能才能更有效的达到地基处理的目的。

根据本地段勘测资料，地基土在10 m深度范围内为具有湿陷性的黄土状土、素填土，按照设计要求采用4000 kN·m的夯击能。根据《建筑地基处理技术规范》，4000 kN·m的夯击能预估的有效加固深度为7.0～8.0 m，虽然场地地基土中局部夹碎石透镜体，对强夯效果产生能量阻隔等不利影响，但设计要求“对湿陷性黄土有效加固深度≥5 m”，因此，确定单点夯击能采用4000 kN·m应该是适宜的。

2.2.2 夯击击数

采用强夯法处理湿陷性黄土，主要是采用冲击性动力荷载以使地基土中孔隙体积减小、密度增大来达到加固地基、消除湿陷性的目的，夯击击数是影响加固效果的主要因素。

因此，本工程根据现场具体的实际情况，夯击击数采用单点试夯的方法来确定。

2.2.3 夯击遍数

根据所处理的地基土为细颗粒的黄土状土，且地下水埋藏较深，可不考虑地下水对强夯效果的影响，同时考虑到施工的便利，强夯试验拟采用三遍夯击，分别为主夯、满夯、拍夯。

2.2.4 夯点布置

根据规范、规程要求，结合工程的具体情况合理布置夯点位置。同时考虑到施工时的便利、强夯时地基土的挤密效应等因素，并避免由于夯点间距过小夯击时在表层形成致密层而影响夯击能量的向下有效传递。

综合以上因素，试夯区夯点按正三角形布置，主夯夯点间距为5.0 m。

3 强夯试验

3.1 单点夯试验

3.1.1 试验目的

通过测量夯坑及夯坑周围地面地基土隆起变形，计算有效夯实系数以最终确定最佳夯击击数等设计数据。

拟在夯实区不同位置进行3次单点夯试验。

3.1.2 试验方法

(1)夯沉量测量

采用水准仪测量每击的夯沉量。

(2)夯坑体积测量

测量夯顶、夯底(夯锤顶面)两截面面积，每个截面沿不同方向测两次直径取平均值。

(3)夯坑周围隆起量测量

沿东西、南北沿直径方向分别埋设6个测桩，据夯点中心距离分别为2000 mm、2500 mm、3000 mm，用水准仪测量每一击引起的隆起高度。

测桩布置示意见图1：(单位： mm)

图1 测桩布置示意图

3.1.3 试验结果分析

根据试验方案进行试夯，在试夯过程中未发生偏锤等现象。

根据试夯点试验数据分析，夯实效果十分明显，试验数据真实有效。

(1)夯实效果分析

根据试验实测数据，在夯击过程中夯坑直径并无明显变化；当夯击次数为15击时，试验数据分析结果见表1。

根据统计结果可知，夯实系数为82.4%～96.3%，夯实效果十分明显，说明在夯击过程中夯坑中的土体绝大部分被挤压到夯坑周围及夯坑底部的土体中，取得了良好的挤密效果。

表2 试夯结果分析

(2)夯击击数分析

单点夯试验数据见表2。

表3 各点夯试验数据

根据单点试夯的试验结果，绘制的击数—夯沉量(N—S)曲线图见图2。

根据试验数据分析，C6点当击数达到11击时最后两击平均夯沉量为5 cm，N—S曲线开始变缓；N3点当击数达到11击时最后两击；平均夯沉量为7.5 cm，N—S曲线开始变缓，当击数达到12击时最后两击平均夯沉量为2 cm，但当击数达到13、14击时夯沉量又开始加大，说明地层不均匀；S53点当击数达到12击时最后两击平均夯沉量为9 cm，N—S曲线开始变缓，当击数达到15击时最后两击平均夯沉量为7 cm，此时总夯沉量已达3.68 m，夯击时已出现粘锤，提锤较为困难。根据勘测资料，试验区南部上部存在素填土，较北部较软，如按最后两击平均夯沉量控制为5 cm进行施工，则试验区南部施工时十分困难。按照《建筑地基处理技术规范》规定，当夯击能为4000 kN·m时最后两击平均夯沉量不宜大于10 cm。根据现场试夯的实际情况，结合有关规程、规范的要求及试验区的地层情况，因此夯击击数定为15击是比较合理的。

图2 击数—夯沉量(N—S)曲线图

根据经验，为了确保现场夯实施工质量，全面满足设计参数要求，确定停夯标准应采用夯击击数和最后两击平均夯沉量双控标准控制。

根据试验数据分析，控制要求可为：夯击击数15击和最后两击平均夯沉量不大于10 cm的双控标准。

3.2 群夯试验

3.2.1 试验方案

按照强夯试验的设计要求及夯点布置进行试验。

3.2.2 施工要求

(1)夯击能级：主夯4000 kN·m；满夯2000 kN·m；拍夯1000 kN·m。

(2)夯击遍数：3遍。

(3)夯击击数：主夯为15击；满夯为5击；拍夯为2击。

(4)夯击要求：夯击的施工顺序为：主夯、满夯和拍夯。

主夯点的夯击按顺序进行隔点跳打；满夯包括主夯点的加固夯和主夯点间地段的间夯，要求隔点、隔行夯击；拍夯要求按顺序分两遍完成，第一遍满堂夯击，相临的夯点锤印相切，第二遍夯点覆盖第一遍夯间位置，满堂夯击，同时要求相临的夯点锤印相切。

停锤标准：同时满足夯击击数及最后两击平均夯沉量不大于10 cm。

3.2.3 试验数据分析

试验区夯前平均高程为948.00 m，主夯点完成整平后的场地平均高程为947.37 m，夯沉量为0.63 m；满夯点完成整平后的场地平均高程为947.12 m，夯沉量为0.25 m；拍夯点完成整平后的场地平均高程为946.69 m，夯沉量为0.43 m。强夯总夯沉量为1.31 m，主夯夯沉量占整个夯沉量的48.1%，说明深部地层得到了有效的夯实、加固；满夯夯沉量占整个夯沉量的19.1%，拍夯夯沉量占整个夯沉量的32.8%，这说明拍夯对上部表层地基土的加固效果十分明显。

4 试验检测

为了检测地基强夯加固前后地基土的工程性质的变化，根据试验场地的实际情况，利用工程地质钻探与井探、标准贯入试验、取样、室内土工试验和平板载荷试验对试验区内地基土进行检测。

5 强夯效果检测

5.1 夯前后地基土物理力学指标分析

地基土夯前物理力学指标采用前期勘测报告中有关结论。

夯前后地基土物理力学指标对比见表4～表6。

表4 素填土夯前后地基土物理力学指标对比

表5 ①黄土状粉土夯前后地基土物理力学指标对比

从以上夯前、夯后地基土物理力学指标统计结果对比说明，自夯后地表0～5 m深度范围内地基土的物理力学指标变化较大，工程性质有较大改善，地基强度有明显提高、变形特性有明显提高；夯后地表0～5 m深度范围内地基土的干重度为15.50～17.93 kN/m3，满足设计大于15.0 kN/m3的指标要求；5～10 m深度范围内各指标夯前、夯后变化不明显，由于数据统计时频数的影响甚至个别指标有所降低，说明强夯对该深度地基土工程性质影响很小。

5.2 湿陷性分析

根据夯后地基土的室内土工试验结果，自夯后地表向下第一个湿陷点深度为5.60 m，其上地基土的湿陷性均以消除，说明强夯效果非常明显，达到了强夯的预定目标。

5.3载荷试验

根据载荷试验成果，当荷载逐渐增大时，P－S曲线斜率逐渐增大，曲线呈缓变型，无明显比例界线点，说明加固后地基比较均匀。

综合曲线分析，根据《岩土工程勘察规范》和《建筑地基基础设计规范》，结合土工试验成果，强夯地基土三个试验点承载力特征值见表7。

表7 强夯地基土承载力特征值确定

通过统计，强夯地基土三个试验点承载力实测值的极差与平均值之比小于30%，3个试验点的平均值200 kPa，强夯后地基承载力特征值fak≥180 kPa。

变形模量计算：

式中：E0为复合地基变形模量(MPa)； I0为刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785；μ为土的泊松比(取0.35)； p为 p－s曲线线性段的压力( kPa)； s为与p所对应的沉降(mm)；d为承压板直径(m)。

计算各试验点变形模量E0见表8。

表8 各载荷试验点变形模量

6 结论

(1)经强夯后加固处理后的地基自夯后地表下0～5 m深度范围内其强度、干重度均满足设计要求，建议强夯地基的承载力特征值采用180 kPa；5.00 m以上地基土的湿陷性均以消除，强夯的效果十分明显。

(2)经检测强夯有效加固深度为6.00～6.50 m左右，在此深度范围内地基土的各项指标均满足设计要求，有效加固深度也满足强夯方案设计要求，说明强夯试验的方案设计是可行的。

Research on the Treatment of Collapsible Loess Foundation by Dynamic Consolidation

SUN Zheng1, YANG Qing-yi2, CAO Jin3
(1.State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute Co., Ltd., Beijing 100095, China; 2.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute CORP.,LTD, Jinan 250013, China; 3.China Electric Power Planning & Engineering Association, Beijing 100120, China)

Combine with the engineering of a power plant, the paper has carried out experimental study for enhancing the bearing capacity and eliminating the collapsibility of the loess by adopt dynamic consolidation. By means of effective quality control in site, has made deter mination evaluation comparison by adopting the test method of plate bearing teat, drilling sampling, exploratory shaft sinking, standard penetration test and soil test indoor, it be able to effective enhance the foundation bearing capacity and eliminate collapsibility in certainly depth. It tends towards economics reasonable, it has promotional value.

collapsibility; loess; dynamic; foundation treatment.

TU4

A

1671-9913(2016)04-0012-05

2017-05-01

孙政(1964-)，男，山东莱阳人，高级工程师，主要从事岩土程勘察和三标管理工作。