粉煤灰处理湿陷性黄土地基施工工艺研究

闫 科

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 835000)

湿陷性黄土是一种结构性较强的特殊土体，含水率较低时，湿陷性黄土通常具有较高的强度和模量，然而在含水率较高时，其结构性丧失，土体承载能力迅速降低，在土层自重荷载或上覆建筑物荷载作用下土体容易产生较大的变形[1- 3]。因此为保障修筑于湿陷性黄土地基上建筑物的安全，在湿陷性黄土地区尤其是深厚湿陷性黄土地区开展项目建设时，须采取必要的措施对其地基进行处理。

湿陷性黄土地基处理方法主要基于加密土体、改变荷载传递方式和土体加固等理论基础[4- 7]。加密土体理论是通过一些工程措施以提高湿陷性黄土的密实程度，进而改善其湿陷性，这是一种以土治土处理措施，能最有效地利用原地基土体。

加密土体处理湿陷性黄土地基的方式主要有重锤表层夯实法、能级高强夯法以及电火法压密法等。改变荷载传递方式理论是通过桩基础直接穿越湿陷性黄土将荷载直接传递给下层基础，该方式对不同种类湿陷性黄土均有较强的适应性，改变荷载传递方式处理湿陷性黄土地基的方式主要有钢筋混凝土预制桩、振冲沉管桩以及爆扩成孔灌注桩等。土体加固理论是通过在湿陷性黄土中掺入一定量的具有胶结性的材料从而使得土颗粒形成整体进而提高其强度和凝聚力进而降低其湿陷性，目前常用的胶凝添加剂主要有水泥、水玻璃以及粉煤灰等。粉煤灰[8]是煤燃烧产生的一种废弃物，由于其直接堆放不仅占用大量土地而且还会污染环境，采用粉煤灰对湿陷性黄土进行加固不仅造价低而且环保，是一种理想的湿陷性黄土加固胶凝添加剂。

湿陷性黄土地基处理施工工艺是影响处理效果的主要影响因素之一。蔺争艳[9]以闻垣高速公路为背景，研究了强夯法对湿陷性黄土路基处理的施工工艺，并对强夯法处理湿陷性黄土效果进行了分析。刘恒柱[10]对强夯法对湿陷性黄土路基抗压以及抗冻性能提升效果进行分析，并总结了强夯法对湿陷性黄土处理的施工工艺。柳忠军[11]对灰土挤密桩对湿陷性黄土地基加固效果以及灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基施工工艺进行研究。本文通过对粉煤灰改良湿陷性黄土进行碾压试验和浸水压缩试验，分析了碾压方式对粉煤灰改良湿陷性黄土的压实特性以及湿陷性的影响。

1 试验土料与试验方案

勘探结果表明：在某水电站上坝公路5、6和7三个标段存在湿陷性黄土层，湿陷性黄土层最大厚度为3m，最小厚度为1m。分别在5、6和7三个标段，每个标段取三个点作为典型代表测试湿陷性黄土的基本物理力学特性，每种试验各9组，湿陷性黄土基本物理力学性质试验值与平均值见表1。可见三个标段的湿陷性黄土基本物理力学性质差别不大，湿陷系数δs为0.05～0.06，为中等湿陷性黄土，经综合分析比选确定采用掺入粉煤灰的方式对湿陷性黄土进行处理，粉煤灰掺量质量百分数拟定为8%，对混掺8%的粉煤灰的湿陷性黄土进行击实试验，确定最大干密度为1.95g/cm3，最优含水率为12.4%。

表1 湿陷性黄土基本性质

碾压试验在现场进行，分别设计了5种碾压施工方案，方案设计遵循碾压“先轻后重、先弱后强、先慢后快”的原则，试验控制碾压次数一定，碾压后分别对其压缩特性、压实系数、动态变形模量、变形模量和地基系数进行测定。

方案1：轻型碾压机(18T)静压1遍，振压6遍，重型碾压机(22T)静压1遍。

方案2：轻型碾压机(18T)静压2遍，振压5遍，重型碾压机(22T)静压1遍。

方案3：轻型碾压机(18T)静压1遍，振压5遍，重型碾压机(22T)静压1遍，振压1遍。

方案4：轻型碾压机(18T)静压1遍，振压5遍，重型碾压机(22T)静压2遍。

方案5：轻型碾压机(18T)静压1遍，振压5遍，重型碾压机(22T)振压2遍。

碾压试验后，取不同碾压方式掺粉煤灰湿陷性黄土原状样进行室内浸水压缩试验，试验参照SL237- 1999《土工试验规程》进行，试验固结压力分别为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa和800kPa。

2 试验结果与分析

不同碾压方式掺粉煤灰湿陷性黄土压实特性见表2，地基验收合格标准为地基系数K30≥110MPa/m，变形模量Ev2≥60MPa，动态变形模量Evd≥35MPa，压实系数K≥0.95。不同碾压方式掺粉煤灰湿陷性黄土地基系数、变形模量和动态变形模量均能达到规范要求，而压实度仅有方案1和方案4能达到规范要求，且地基系数、变形模量、动态变形模量和压实系数均存在方案1>方案4>方案3>方案5>方案2，综合比较方案1施工工艺简单，压实效果好，拟采用方案1作为施工方案。

图1为不同碾压方式掺粉煤灰湿陷性黄土室内浸水压缩试验结果，由图1可知掺粉煤灰碾压后湿陷性黄土湿陷系数均小于0.015，说明粉煤灰对消除黄土湿陷性效果良好。不同碾压方式碾压掺粉煤灰湿陷性黄土湿陷系数方案1<方案4<方案3<方案5<方案2，说明采用方案1碾压效果最好，对黄土湿陷性消除越明显。建议采用方案一对掺粉煤灰湿陷性黄土进行施工。

表2 湿陷性黄土碾压工艺检测结果

图1 不同碾压方式掺粉煤灰湿陷性黄土湿陷系数

3 结论

通过对不同碾压方式掺粉煤灰湿陷性黄土压实特性和湿陷性进行检测，分析了碾压方式对掺粉煤灰湿陷性黄土湿陷性以及压实特性的影响。结果表明掺粉煤灰能有效消除试验黄土的湿陷性，采用轻型碾压机静压1遍，振动碾压5遍，而后用重型碾压机静压2遍的碾压施工工艺压实效果最好，压实度能达到0.975，建议采用该种方式进行施工。

[1] 杨校辉, 黄雪峰, 朱彦鹏, 等. 大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和湿陷性评价试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(05): 1063- 1074.

[2] 邵生俊, 杨春鸣, 焦阳阳, 等. 湿陷性黄土隧道的工程性质分析[J]. 岩土工程学报, 2013, 35(09): 1580- 1590.

[3] 余侃柱. 调蓄水池湿陷性黄土地基特性及处理措施[J]. 水利规划与设计, 2013(06): 58- 61.

[4] 韩基冠. 湿陷性黄土坝基湿陷性评价探索研究[J]. 水利规划与设计, 2010(05): 36+53.

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[6] 王玲玲, 王江锋, 杜春雪. 湿陷性黄土中基坑支护的数值模拟分析[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2017, 38(04).

[7] 韩基冠, 胡景松. 自重湿陷性黄土场地桩基持力层选择的探讨[J]. 水利技术监督, 2009, 17(01): 54- 55.

[8] 曾永军, 刘小沛, 徐蒙. 粉煤灰在黔中水利枢纽一期工程中的试验研究[J]. 水利技术监督, 2013, 21(03): 46- 48.

[9] 蔺争艳. 湿陷性黄土路基强夯法施工工艺探讨[J]. 山西交通科技, 2009(01): 34- 37.

[10] 刘恒柱. 强夯法处理湿陷性黄土路基施工工艺研究[J]. 城市建筑, 2014(04): 267.

[11] 柳忠军. 浅谈灰土挤密桩在湿陷性黄土地基处理中的施工工艺[J]. 陕西水利, 2011(05): 79- 80.