强夯法在消除建筑地基黄土湿陷性的应用研究

廉友

摘要：虽然采用强夯法消除黄土湿陷性得到了广泛的使用，但强夯施工参数的设计没有统一、成熟的理论指导。由于各地域黄土地质情况复杂多变，且受外界其它多种因素的影响，如按照有关文献、规范所提供的某种方法进行施工参数，达到的实际处理效果与目标值之间偏差较大。因此，通过经验及现场试夯获得适宜特定项目的强夯施工参数显得尤为重要。期待本项目中强夯法消除黄土湿陷性现场施工参数的确定方法能为其它项目的施工实践提供参考。

Abstract： Although it has been popular to use dynamic compaction method to eliminate loess collapsibility， there is no unified and mature theoretical guidance for the design of dynamic compaction construction parameters. As the geographical situation of loess in different regions are complex and varied， and affected by other factors outside， if the parameters are designed in accordance with the relevant literature and norms， there will be a large deviation between the actual effect achieved and the target value. Therefore， it is very important to obtain the dynamic compaction parameters for the specific project by empirical and field test. It is expected that the method of determining the construction parameters of the loess collapsibility in the project will provide reference for the construction practice of other projects.

關键词：湿陷性黄土；强夯；参数设计；试夯；效果检测

Key words： collapsible loess；dynamic compaction；parameter design；test ramming；effect detection

中图分类号：TU472.3+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）33-0190-03

0 引言

为了消除黄土湿陷性对工程建筑地基造成的不良后果，国内及国际上的众多工程技术人员及学者在进行了大量研究及实践后，为消除黄土的湿陷性而发明了很多地基处理的技术、方法及措施。其中，强夯作为经常使用的一种方法及手段，具有效果显著、施工简便、造价低及工期短等诸多优点，在工程处理黄土湿陷性时得到了广泛应用。但强夯施工的技术参数较多，且各地域黄土的地质特征复杂性及其他影响因素的存在，强夯理论尚未完善，仅按规范、文献和以往经验进行强夯施工参数的确定往往出现较大偏差，很难达到预期的处理效果。本项目基于经验、相关规范的取值要求及标准进行强夯设计参数的初步拟定，然后现场进行试夯，通过对试夯所得量测数据、土工试验数据进行分析及对比，最终确定了最适宜本项目黄土性质的强夯施工参数的最优设计，从而确保了地基处理的质量。

1 工程概况

拟建LUBANGO居民新城属安哥拉十万套RED项目其中之一，拟建住房为11000套，当地规划局给出的地块（如图1所示）测量占地面积约11.6平方公里，拟建项目包括社会住房，供水、供电、道路等基础设施和学校、商业配套等社会设施。社会住房分单层、二层或少数三层等建筑形式。拟建建筑物将以传统的砌体结构建设为主，可能使用预制混凝土墙板结构体系或轻钢结构体系的工厂化建筑体系。

LUBANGO居民新城位于安哥拉南部城市LUBANGO城东北侧QILUNBA区，直线距离约为20km，中心位置经纬度为东经13°31'55''，南纬14°50'03''。

拟建场地处在威拉高原区，拟建场地整体呈现南高北低的地势，在场地大部分区域基础直接持力层主要以黄土为主，地基土存在差异化现象，地基土水平和纵向分布不均匀。根据现场钻探、室内试验和现场载荷浸水试验结果，地基土在干燥状态下具有一定的强度，但增湿浸水后很快发生软化崩解，强度大幅降低，探井试样（深度1～2m）的湿陷系数为0.039～0.166，平均值为0.124。现场浸水载荷试验200kPa下的附加沉降为17.2mm～57.6mm，s/d为0.030～0.102。

2 消除黄土湿陷性的处理方法及要求达到的效果

为了提高地基强度、增强地基土的均匀性及消除地基土的湿陷性，设计单位要求采用强夯法对地基进行处理。

本项目采用强夯法消除黄土地基湿陷性的设计要求如下：

①强夯后消除黄土的湿陷性，达到中等密实，强夯的有效加固深度要超过4m。

②地基经强夯处理后，其承载力要≥120kPa以上。

由于本项目处理的湿陷性黄土性质非常复杂，以往在国内强夯法消除黄土湿陷性的施工经验及各类研究成果很难完全适合于本项目，因此，为了确保达到处理效果，决定在大面积施工前进行试夯，对初步拟定的强夯施工参数的处理效果进行测评，调整、优化施工参数，以确保设计出适应本项目土质特征的强夯施工参数。endprint

3 强夯法施工参数的初步拟定、试夯及优化

3.1 强夯施工参数初拟的方法

3.1.1 有效加固深度

有效加固深度既是选择单击夯击能的重要依据，又反映了处理效果。加固深度估算为强夯法施工中非常重要的设计步聚，但目前尚未有完好的解决方法。本项目基于工程实践，采用梅纳公式的修正公式进行加固深度的估算。其公式如下：

基于经济考虑，利用本项目的既有夯锤进行强夯，既有夯锤为圆形，直径2.3m，锤重220kN。

由（1）式得提升高度：

h=H2/（α2w）=42/（0.32×22）=8.1m

本項目取h=9.0m。

3.1.2 单击夯击能

本项目采用的单击夯击能：220×9=1980kN·m。

3.1.3 夯击次数通过在现场进行试夯，由夯击次数和夯沉量关系曲线所选定。并要同时满足如下要求：①夯坑四周的原地面不出现过大隆起；②夯坑不能过深而致使难以起锤；③每次夯击的夯沉量不得太小，太小无加固效果。

3.1.4 夯击遍数

要根据现场湿陷性黄土的性质确定，通常黄土强夯的主夯夯击遍数为两遍。因本项目地下水量较少，黄土密实度较低，孔隙水不易消散，而项目对地基土的要求较高，故主夯夯击遍数选择3遍。最后再以低夯击能满夯一遍，以将地基表面松散的土体夯击密实。

3.1.5 夯点布置和夯点间距

因本项目地基处理的面积较大，为了确保强夯后的地基质量均匀，夯击点按等正方形布设，这样的布置形式不仅比较规整，且也便于组织强夯施工。

夯点间距通常由加固的黄土性质及要求处理的深度而定，因本项目处理深度为4m，根据一些文献的经验，并结合现场试验，夯点间距暂定为4.5m。

3.1.6 间歇时间

间歇时间为两遍夯击间的体停时间，设置间歇时间是为了使土体的孔隙水压力得到到消散，即孔隙水压力消散后，方可进行下一遍的夯击，综合黄土性质、孔隙水压力消散、夯击遍数等考虑，间歇时间初步设置为10d。完成全部强夯完成后，间歇14d后再进行质量检测。

3.1.7 强夯加固范围

由于建筑基础具有应力扩散的作用，故强夯处理的范围需超过基础范围，也就是建筑场地需要设定一定范围的超夯宽度，以确保承受基础应力范围内的地基均得到强夯处理。具体的超夯范围，需根据构筑物的类型、重要程度等因素综合确定，本项目强夯范围超出建筑物基础外缘不小于3m。

3.2 初步拟定的施工参数

本项目根据场地内拟建建筑物的结构特点及其产生的荷载情况，并结合土工试验结果及要求的加固深度，初步确定本项目强夯施工所采用的夯锤重量为22t，锤底面积为4.2m2。夯点按正方形形布设，夯点间距4.5m。总夯击遍数为4遍，即主夯3遍+1遍满夯。夯锤提升高度为9m，即主夯单击夯能为1980kN·m，单点夯击次数为8～10次。满夯单击夯能1000kN·m，满夯时夯印搭接1/4，连续夯击。每遍夯击的间歇时间均按10d，以上强夯设计目标为消除4m以内黄土的湿陷性，并处理过后的地基承载力≥150kPa以上，地基土中等密实。

3.3 按初步拟定的参数进行试夯

根据上述所初步拟定的强夯施工参数，在本项目选择了一处20×20地块作为强夯试验区，进行了现场试夯，现场进行了夯沉量、地面隆起等方面的量测。

在试验区强夯10d后，进行标准贯入度及探坑取样室内土工试验，试验结果表明，土层标准贯入度击数较强夯前得到明显提高，强夯前4m以上填土标准贯入度击数为4～6次，强夯后增大至9～12次，明显改善了地基土的力学性能。含水量降至平均值17.5%，天然容重提高至平均值17.6kN/m3，孔隙比低于0.73。地基土湿陷系数小于0.015，消除了黄土的湿陷性。

根据本次试夯的结果，将地基土的物理力学指标与夯前测试数据进行了对比及分析，以检验强夯实际效果，同时对初步拟定的强夯施工参数进行了调整及优化。调整及优化后的强夯施工参数如表1所示。

4 强夯的效果检测与评价

经试夯后进行了强夯参数的调整，为了验证施工最终参数的合理性，施工期间按规范要求的办法及频率进行检测试验。图2、3、4为本项目选取的两处（1、2号测坑）有代表性的夯坑进行检测的数据。测坑取样试验深度为5m，每0.5m取样一组，每个测坑取样11组，对土样进行天然容重、黄土湿陷性检测。同时，也按深度间距0.5m进行地基承载力检测。

①由强夯前后土体天然容重的变化情况分析加固效果，判断有效加固深度是否满足要求。强夯前后不同地基深度处土体天然容重变化如图2所示。

从图2中可看出，强夯后土体天然容重均较处理前有了明显提高，天然容重提高的幅度呈由表层至深层逐渐减少的态势，但在本项目取样深度（5m）范围内，均得到了有效提高，整体上提高了13%左右，土质达到了中等密实的质量要求。因此强夯达到了设计要求的4m以上有效加固深度。

②由强夯地基承载力变化情况分析加固效果。通过现场原位触探试验，测定地基承载能力。强夯前后不同地基深度处土体地基承载能力如图3所示。

由图3可看出，强夯后，在测试深度范围内各层土体的地基承载力均得到了非常明显的提高，平均提高幅度近1倍。在测试深度范围内，地基承载力的提高幅度随着深度的加深而呈减少趋势，但在设计要求的有效加固深度内，地基承载力最低值为1号测坑3m深处，其值为185.3kPa，设计要求的有效加固深度范围内，均大幅超过了设计要求的150kPa。

③进行强夯后黄土湿陷性变化试验。以测定地基经强夯处理后是否还具有湿陷性。试验采用单线法进行。试验所得测试数据如图4所示。

由图4可看出，在不同压力情况下，不同土层的湿陷系统数均小于0.015，按国内《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的规定，经强夯法处理后的地基土已不具有湿陷性，达到处理的目的。

5 结束语

目前强夯法处理黄土湿陷性的施工技术参数较多，由于黄土土质的复杂多变性及其它影响因素的共同作用下，按现行规范及其它文献总结提炼的公式进行施工参数的设计时，往往在现场实际施工效果与设计所要达到的处理目标偏差过大。故建议在初步确定强夯施工参数的基础上进行试夯，根据原位力学测试及土工试验的结果，再调整、优化强夯施工参数，以最终选定适合特定项目的强夯法施工参数。希望本项目的试夯、试验分析方法及过程能给其它类似项目提供一些借鉴。

参考文献：

[1]GB50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2]罗宇生.湿陷性黄土地基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

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[4]张婉丽.湿陷性黄土的分类及其地基的处理方法[J].山西建筑，2011，5（15）.endprint