深厚湿陷性黄土注水增湿强夯处治技术

□□ 刘 洋，秦 鹏 (中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西 太原 030006)

引言

湿陷性黄土的土质较为均匀，结构呈疏松状态，内部孔隙发育明显，具有突出的结构性特征。处于干燥状态的黄土一般具有较高强度，因而压缩性相对较低；而遇水后在自重应力和上覆附加应力的共同作用下将使土体结构遭到破坏，土骨架崩塌而使土体强度急剧降低，进而产生较大的沉降变形[1]。因而，在湿陷性黄土地基施工需结合建(构)筑物的重要性、地下水位置及降雨等特点，根据其对总沉降和不均匀沉降的允许程度，采取合理的方法对湿陷性黄土进行处置，以改善其湿陷性，提高地基承载能力，降低黄土湿陷对建(构)筑物的不利影响。

强夯法是常用的改善黄土湿陷性的地基处理方法，已在工程中得到了较多应用[2-5]，但强夯法施工的前提需确保土体含水量接近于最优含水率，否则将导致夯后橡皮土的产生，反而影响地基的处理效果[6-7]，因此，采用强夯法处治湿陷性黄土时，对地基进行增湿处理是该方法应用的前提和基础。

1 工程概况

山西大学东山校区(一期一阶段)教学与实验综合楼、理科教学与实验综合楼均为多层建筑，位于太原市东山地区。总建筑面积为55 939 m2，其中地上面积为49 861.38 m2，地下面积为6 078 m2，基底面积为11 987 m2。

工程拟建场地地貌单元为黄土丘陵，拟建场地现状高程约为876.00～884.01 m，北高南低，地形起伏较大，地基土岩性以人工填土、湿陷性土、粉土、粉质黏土为主，见表1。基底最低标高为-6.50 m，地下水位低，土层分布很不均匀，基础落在第2层湿陷性粉土层上。第2层和第3层湿陷性粉质黏土层厚度很大，且自重湿陷严重，不能满足上部结构的要求，需进行地基处理。

表1 土层物理特性表

设计地基处理采用强夯及桩承台，强夯范围为基础轮廓外扩3 m及内庭院，注水强夯面积共计20 885 m2，强夯前进行增湿处理，水孔间距为2 m，孔径为150 mm，正方形布置，注水深度为9 m，注水8遍。

2 施工方案与关键技术研究

2.1 强夯施工流程

强夯施工流程如图1所示。

图1 强夯施工流程图

2.2 注水增湿设计方案

2.2.1 设计要求注水增湿深度

4 000 kN·m地面强夯区，注水增湿深度：从基顶设计标高以上1.3 m位置处向下9 m，教学与实验综合楼原始地坪不同标高区域注水深度不同，北楼-1.4 m处平均打孔深度为8.5 m，连廊-5.0 m处平均打孔深度为8 m，南楼-4.9 m处平均打孔深度为12 m，-3.2 m处平均打孔深度为9.5 m，-1.4 m处平均打孔深度为8.6 m。

理科教学与实验综合楼在原地面平均打孔深度为9 m，具体如图2所示。

图2 打孔注水示意图

2.2.2 注水孔施工参数设计

孔距为2 m，采用正方形布点，注水孔孔径为150 mm。

2.2.3 单孔注水量计算

单孔注水量计算公式为：

(1)

式中：ρd——注水深度内土的干密度平均值，t/m3，取1 t/m3；

Wop——注水深度内地基土的最优含水量，%，根据地勘报告及施工图取12.9%；

d——注水孔间距，m，取2.0 m；

ρw——水的密度，t/m3；

h——平均注水深度，取12 m。

由(1)式可算得，单孔注水量Q=1.76 t，则1 m2注水量q=0.45 t，取0.5 t，设计要求灌水8遍，则1 m2注水总量q合=4 t。

2.3 注水增湿施工技术

2.3.1 划分注水施工单元

南楼按不同标高分为三个注水及强夯单元：南楼注水先南北向施工②③(-1.4 m,-3.2 m)区域，然后东西向施工①(-4.9 m)区域；强夯施工先南北向施工②③(-1.4 m,-3.2 m)区域，然后东西向施工①(-4.9 m)区域。北楼分为两个注水及强夯单位：北楼注水先南北向施工⑤区域，然后东西向施工④区域；强夯先东西向施工④(-1.4 m)区域，然后南北向施工⑤ (-5 m)区域。

2.3.2 注水孔施工

注水孔施工采用柴油锤击成孔，深度为8.5～12.1 m，孔径为150 mm。填孔材料为碎石，粒径为10～20 mm。

2.3.3 注水孔注水

注水孔施工完成以后，将注水分管移至施工区内进行逐排逐孔注水施工。注水时需将水管插入到孔底，确保孔内被水完全灌满后，抽出水管，进而插入到下一个注水孔，依次完成所有注水孔的注水。待注水孔一次注水完成后，立即进行第二次注水施工，并记录每次注水间隔时间。

一般经过6～8遍注水之后，土体可达到最优含水量。在3～4遍注水完成后，在注水孔间用洛阳铲钻孔取土，检测含水量，当含水量达到设计要求后，静置15 d后，开始强夯施工。

2.3.4 强夯施工

强夯施工的技术参数见表2。

表2 强夯技术参数

3 结语

以山西大学建筑地基施工为依托，采用了注水增湿与强夯法相结合的湿陷性黄土地基处理方案以改善黄土的湿陷性，提高黄土地基的承载能力。针对拟建工程的地质条件及工程特点，提出了注水增湿设计方案，并系统阐述了深厚湿陷性黄土注水增湿强夯处治的施工方案及关键技术步骤，以期为同类工程的设计和施工提供指导和借鉴。