强夯法在新疆某长距离干渠湿陷性黄土地基处理中的应用

李 博 张远芳

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052; 2.新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

湿陷性黄土是指在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。黄土的湿陷性对工程具有重要影响[1]。强夯法是处理湿陷性黄土地基的一种行之有效的方法，与其他处理方法相比较，具有适用范围广、施工简便、速度快工期短、投资少费用低等优点[2]。本研究针对新疆某输水干渠六标工程实例，对湿陷性黄土的强夯设计、施工、效果评价进行了初步探讨，对该工程的湿陷性黄土地基处理具有一定的参考价值。

1 工程概况

新疆某输水干渠湿陷性土强夯处理工程，工程线路总长128.802 km。该工程主要由输水明渠及渠系建筑物(闸、涵)、隧洞、输水涵洞、输水渡槽、退水系统、防洪系统、伴渠道路、农渠交叉建筑物(渡槽、农涵、倒虹吸)及交通交叉建筑物(交通桥、路涵)等组成。工程为Ⅰ等大(1)型工程。

本研究针对新疆某输水干渠六标工程，桩号73+459.445～84+416.287，长10.957 km，其中渠道湿陷性土地基强夯段长6.13 km，设计流量44.3 m3/s，加大流量为52 m3/s。渠道纵坡为 1/10 000，梯形断面，填方段外边坡1∶1.75，挖方段外边坡1∶1和1∶1.5两种。

2 工程地质

2.1 场地湿陷性土的分布及成因

1)渠道桩号73+440～75+000段：该段渠线处在丘陵区斜坡段及界梁子冲沟内，沟宽567 m，沟深15.6 m，地形起伏，地面高程652 m～679 m。

地层岩性为第四系上更新统冲洪积低液限粉土夹低液限粘土，厚度10 m～20 m。该段渠道为挖、填方段，挖深5 m～16 m，过冲沟时最大填方高度5 m～9.7 m。

2)渠道桩号75+000～84+397段：该段渠线处在丘陵斜坡段，沟梁相间，地形起伏，冲沟较发育，沟内无水，降雨时沟内有洪流，地面高程630 m～670 m。

地层岩性为第四系上更新统冲洪积低液限粉土、低液限粘土、黄土及侏罗系中～上统泥岩、砂岩及煤层，以砂岩为主。该段渠道为挖、填方渠段，一般挖深5 m～10 m，最深21.5 m。

黄土主要分布在桩号75+621～76+069，77+556～77+904，黄土含水率1.5%～26.4%，干密度1.37 g/cm3～1.73 g/cm3，压缩系数av0.1-0.3=0.09 MPa-1～0.720 MPa-1，压缩模量Es0.1-0.3=2.57 MPa～19.36 MPa，属低～中压缩性土。0 m～1 m湿陷系数为0.089～0.126 4，湿陷起始压力6 kPa～107 kPa，属强湿陷性黄土；1 m～2 m湿陷系数为0.004 4～0.026 4，湿陷性轻微，湿陷起始压力26.8 kPa～360 kPa；2 m～3 m湿陷系数为0.058～0.075，湿陷起始压力89.5 kPa，湿陷性中～强湿陷；3 m～4 m湿陷系数为0.016 6～0.087 7，湿陷起始压力33 kPa～148 kPa，湿陷性微～强湿陷；4 m～5 m湿陷系数为0.022 9～0.074 2，湿陷起始压力23 kPa～138 kPa，湿陷性微～强湿陷；5 m～6 m湿陷系数为0.005 8～0.018 8，湿陷起始压力47 kPa～176.5 kPa，湿陷性轻微。

2.2 场地湿陷性土分布规律

1)湿陷性在垂直方向分布具有一定的规律性，由地表向深部，湿陷系数δs呈逐渐变小的趋势，由强湿陷性土逐渐变为中等湿陷、轻微湿陷、非湿陷土层。

2)湿陷性在渠道沿线也有一定的规律性，其湿陷性以界梁子沟(桩号75+000)为界，具有东部相对较强，西部相对较弱的特点。

2.3 场地的湿陷类型及等级

根据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范[3]中关于场地湿陷类型的判别标准。冲洪积区湿陷性土的自重湿陷量大部分为18 mm～59 mm(<70 mm)，属非自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅰ(轻微)或Ⅱ(中等)，仅少部分自重湿陷量为大于70 mm，如桩号82+035,83+295 m处为82 mm～157 mm，属自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ(中等)或Ⅲ(严重)。

3 处理措施

根据不同挖填型式，不同填方高度及不同湿陷性土层厚度等，不同渠段湿陷性土处理型式也不同。挖方渠段湿陷性土与填方、半挖半填渠段湿陷性土层厚度大于2 m均采用强夯法处理。

3.1 强夯试验内容

1)强夯试夯区布置。

本研究在渠道湿陷性基础范围内布置12个强夯试验区进行强夯试验，强夯处理深度为4 m～7 m不等，强夯试夯区面积为20 m×20 m，即400 m2。通过现场试验，确定强夯的适用性和处理效果，确定合适的强夯设计参数和施工参数。

2.4 疾病及药物影响 疾病是小儿厌食症的重要原因[4]。儿童发生疾病时往往会伴有食欲下降，尤其是患有消化系统疾病时，如胃肠炎、消化性溃疡、肝炎等，食欲、食量下降更加明显。儿童在发热时，消化液分泌减少，各种消化酶活性降低，导致食欲减退、口腔黏膜干燥、腹胀、便秘等，可使其消化吸收功能降低，引起不思饮食。并且部分药物(如红霉素、磺胺药物等)对胃黏膜有刺激作用，可能引起腹痛和恶心、呕吐等。另外，服用过多的钙片、维生素A或D也可出现食欲减退现象。

2)试夯区夯击能。

a.湿陷性土层厚2 m～3 m采用3 000 kN·m夯击能；影响深度不小于3 m；

b.湿陷性土层厚3 m～4 m采用4 000 kN·m夯击能；影响深度不小于4 m；

c.湿陷性土层厚4 m～5 m采用5 000 kN·m夯击能；影响深度不小于5 m；

d.湿陷性土层厚5 m以上采用7 000 kN·m夯击能；影响深度不小于7 m。

施工参数详见表1。

表1 强夯试验施工参数表

3)清理及平整场地。

清除场地内的植耕土、植物根系、污染物及有机物质，对该场地进行整平处理，使得基底坡度小于20%，并将基底碾压密实。

4)夯点布置。

第一遍夯点的间距为5.0 m，正方形布置；第二遍夯点在第一遍四个相邻主夯点的中间插点，间距亦为5.0 m，正方形布置；夯点整体呈梅花形布置。满夯的夯印彼此搭接1/4，详见图1。

5)对布置好的待夯点进行夯击。

强夯夯点中心位移偏差应小于50 mm，夯锤应保持垂直，倾斜度应不大于30°；第一遍点夯完成后，对场地进行场地平整，利用护桩标定第二遍点夯的位置，测量夯区高程计算第一遍点夯地基夯沉量。达到相应的时间间歇后，完成第二遍点夯及相应的试夯检测任务。第二遍点夯完成后，测量相应的标高，计算相应的夯击沉降量。

6)满足间歇时间后，进行满夯。

强夯试验内容包括夯前原状土取样要求及物理力学指标(干密度、湿陷系数、含水率)检测、夯后土样取样要求及物理力学指标(干密度、湿陷系数、地基承载力)检测、其他技术要求。

3.2 强夯施工流程

强夯施工流程见图2。

3.3 处理效果的判断标准

1)渠堤基础土样干密度不小于1.55 g/cm3。

2)土层湿陷系数δs<0.015，即为满足设计要求；若其中一组湿陷系数大于0.015，再抽检一组(在非夯点上)，若湿陷系数均小于0.015，即认为合格，若湿陷系数大于0.015，即为不合格，需进行补夯处理。

3)浸水试验中，观测湿陷量、耗水量、浸湿范围及地面裂缝。当5 d的平均湿陷量小于1 mm/d时湿陷稳定停止加水。停止加水后继续观察10 d～15 d，当连续5 d的平均下沉量小于1 mm/d，试验终止，地基处理深度范围内土层渗透性是否明显改善。

4 结语

强夯法所用设备简单，原理直观、适用范围广泛，对于加固湿陷性黄土具有加固速度快、施工简便、效果好、投资少等优点。当强夯能级达到4 000 kN·m时，对上层0 m～5 m的湿陷性达到全部消除。场地夯前湿陷系数δs>0.015，土样干密度基本小于1.55 g/cm3，为湿陷性黄土；使用强夯法加固后，湿陷系数δs在0 m～5 m范围内均小于0.015，渠堤基础土样干密度在1.56 g/cm3～1.72 g/cm3范围，消除了湿陷性。为强夯施工顺利进行提供科学、准确的指导数据。