建筑湿陷性黄土地基注水增湿强夯处治技术研究

冀超华

摘 要：湿陷性黄土遇水后，极易破坏土体结构，降低地基承载能力，不利于建筑物稳定及安全。以某建筑工程为例，采用了增湿注水强夯施工方案，结果表明浸水后湿陷性黄土极易出现湿陷沉降，通过增湿注水强夯工艺，先注水后强夯，可达到地基加固的效果。

关键词：建筑工程;湿陷性黄土;注水增湿;强夯加固

中图分类号：TU475文献标识码：A文章编号：2096-6903（2022）08-0016-03

0 引言

我国幅员辽阔，湿陷性黄土分布广，遇水浸湿后，湿陷性黄土在覆土自重应力、附加应力等作用下，土体结构迅速被破坏，甚至出现沉陷，对于结构物稳定性及安全极为不利。大量研究表明，黄土湿陷性特征明显，为改善湿陷性，提升地基承载能力，需合理选择处治技术。注水增湿强夯技术需对湿陷性黄土场地内注水增湿，土体含水率满足设计要求后，再作强夯处理，进而提高地基承载力。这种地基处理技术可以改善土体含水率、加固土体既有结构，保证建筑物安全。

1 工程概况

某建筑工程，总建筑面积为18 600 m²，框架结构体系，本工程分为2个单体，即南楼、北楼，中间利用架空连廊连接。施工现场地质勘查结果显示，拟建场地地貌为黄土丘陵，地势北高南低，地形起伏大。场地内地层土类型有黄土、填土、基岩，根据湿陷性程度及成因，可分为多层湿陷性黄土，第2层湿陷性粉土层为基础，第2、3层湿陷性粉质粘土层具有较大厚度，属于自重湿陷性，且较为严重，无法达到上部结构规定需要，为此，应做好地基处理。

2 强夯法地基加固机理

强夯法主要目的是提升不良地基的承载力，在一定高度，通过重锤自由下落夯击土层，促使地基快速固结。强夯法也被叫作动力固结法，在高度、重力作用下，通过强大的夯击能和冲击波迅速夯实地基，目前，在砂性土、杂填土等地基加固中得到了广泛应用[1]。对于非饱和粘性土地基采用强夯法时，通常可进行连续夯击，或者可采用分遍间歇夯击，夯击次数、有效夯实深度可根据工程实际，由现场试验确定。据相关研究和实践经验，在100～200 t/m夯实能量作用下，有效夯实深度可达到3～6 m。其特点为施工设备操作简单、适用性好、加固效果明显、可节约加固材料、成本低等。强夯法是重锤夯实法的升级版本，两种加固机理基本一致，但又有所不同，其加固机理如下。

2.1 动力密实

强夯法加固当中，动力密实主要用于非饱和地基土，通过冲击波和强夯作用，夯实地基土，让土体更加密实，以此增强地基土强度，将土体内空隙压密、减小，这也是非饱和土夯实的过程，土颗粒相对位移会引起夯实变形。

2.2 动力固结

强夯法动力固结理论多用于处理饱和黏性土，对于土体而言，夯锤所产生的强大冲击力将破坏土体结构，促使土体形成超孔隙水压，土体部分液化，强夯作用下，土体形成裂隙，并作为孔隙水排水通道，将孔隙水顺利排出，孔隙水压消除，实现土体固结目的，最终达到新的应力平衡，大幅提升土体强度。

2.3 动力置换

在夯锤的强大冲击影响下，向强度小、透水性差的土体内夯入强度大、透水性好的材料，形成整体或局部置换的复合地基，被称为强夯法的动力置换机理[2]。目前，在含水量多、透水性差的软土地基当中，动力置换应用较多。为提升土体强度，可从两方面入手，即土体排水与消除孔隙水压。经试验研究，将透水性较好的碎石、沙等材料夯入渗透性差的饱和黏土内，可生成竖向排水通道，不仅有助于消除孔隙水压，还有助于置换不良土体，满足施工要求。

3 注水增湿方案及施工要点

通过多方讨论与研究，结合拟建场地地质情况，需提高含水量，为解决黄土湿陷性，最终决定采用注水增湿强夯技术进行工程施工，从而有效提升地基承载力，减少地基沉降及变形问题。

根据图纸设计，需注水增湿施工，满足土体含水量需求，随后进行强夯施工。由基顶设计标高以往1.4 m处为起夯面，相比设计起夯面标高，原始地坪标高相对高出一些，为在规定工期进行完成施工，可采取“增湿+开挖”的施工方案，充分利用注水消散阶段的时间。表1为不同位置注水孔平均深度。

3.1 确定注水施工参数

根据设计要求，在注水增湿施工中，设孔距2 m，呈正方形布点，满足强夯施工，与强夯施工布点参数匹配;同时，确定孔径Ф150 mm。根据地质报告及设计图纸要求，注水深度内相关施工参数取值如表2所示。

根据公式计算单孔注水量，得单孔注水量为1.76 t，那么，1 m²注水量为0.45 t，取整值，则为0.5 t。按照设计规定，需进行8遍灌水施工，最后得出，1 m²注水总量为4.0 t。

3.2 施工工艺

按照设计图纸和施工要求，注水增湿施工中，需規范施工流程，图1为注水增湿施工工艺流程图。

3.3 施工要点

第一，成孔之后，需对所有孔的深度、直径等进行测量，确保其符合施工要求[3]。

第二，采取柴油锤击成孔，注水孔施工中，深度不得低于8.5 m，不得超过12.1 m，孔径则需控制在150 mm。按照施工要求，可采取碎石为孔内填筑材料，且合理控制粒径。

第三，注水孔成孔后，在施工作业区域内，放置注水分管，并按一排一排、一孔一孔地注水，水管需一插到底，当注水孔内水满之后，便可将注水管抽出，并插入到相邻的下一个孔内。待注水完成一整遍后，需进行第二遍注水，并对每次注水时间及间隔时间进行详细记录。根据本工程实际情况，注水遍数为8遍，直至达到最佳含水量规定。一般来讲，注水4遍左右，可通过洛阳铲在注水孔之间钻孔取样，详细检测试样含水量，当含水量满足施工要求，需静置一段时间，随后便可进行强夯施工。

第四，点夯施工前，需提前复核夯点位置，待夯实作业结束后，再次对夯坑位置进行详细检查，确保符合规定要求。

第五，按照设计规定，对所有夯点进行合理控制，尤其是夯击次数。同时，检查最后2次夯击的平均夯沉量，保证满足施工要求。

4 强夯法施工要点

4.1 施工准备

施工前，为保障施工质量，需做好各项施工准备工作。相比强夯处理范围，施工区范围应向外扩大一圈，便于设备支撑、转换使用，预留充足的空间。同时，加大力度采取适当的措施，保护好施工区域内的构造物、管线等，避免由于道路施工而影响其他构造物的使用。待施工范围确定之后，需将其内杂物清理干净，比如有机物质植物、树根、耕植土等，若存在低洼处，需提前进行排水清淤[4]。

施工场地整平，直至满足夯面标高，待整平后，保证施工场地平整度和密实度均可满足施工规定，确保机械设备行驶状况良好。高水位地基强夯施工过程中，地下水位以上，需合理控制覆盖层厚度，保证超过3.5 m，若无法达到这一要求，可再填铺一层松散类材料，或采取措施进行降水处理。

夯前场地标高可采用20 m×20 m方格网进行测定，保证测量结果准确。除此之外，还需根据周边环境及地质情况，合理设置排水系统和节水系统。

4.2 机械选择

按照设计要求，合理选择强夯能级满足规定的施工机械，起重机设备则要采用带有自动脱钩装置，且符合夯锤质量的履带式起重机。强夯法施工主要设备有三部分，即起重机、夯锤与脱钩装置。自动脱钩装置要满足强度需求，且能灵活使用，安全、可行。夯锤采用圆形夯锤，φ2.5 m，重心位于垂线，重量约20 t。夯击时，保证多次夯击的夯坑位置一致，防止在坑壁上消耗夯击能，对夯击效果造成不利影响。

同时，为了进一步增强夯击效果，需将多个和夯锤顶面相连的排气孔按对称的方式设置到夯锤底面，从而方便夯锤自由下落时，坑底空气可以快速排出，同时，起吊夯锤时，最大限度降低坑底的吸力。一般情况下，需合理控制排气孔直径，不得过小，避免土团堵塞。

4.3 布设夯点

为提升湿陷性黄土地基结构的承载力，必须控制好夯距，合理布设夯点。结合以往强夯施工经验，当强夯能级为12 000 kN·m，夯坑深度基本上为3.5 m左右，实际加固深度最高可达到14.5 m。当夯坑深度为5.0 m时，强夯施工的加固深度还会进一步加大。因此，在强夯施工时，需根据实际加固深度要求合理控制夯点间距，按照本项目实际情况，主夯时能级为4 000 kN·m，按4.0 m设间距，呈正方形布设夯点。满夯时能级为1 500 kN·m，夯点布设可按锤印搭接1/4。

4.4 强夯施工

强夯施工前期，可测量放样。即在施工现场选择全站仪进行放样，夯点可利用钢卷尺、白灰标注，并在夯坑外侧50 m处架设水准仪，对夯坑实际深度进行准确测量。当强夯施工机械设备在施工场地就位后，应根据施工场地的实际情况对机械设备履带位置进行适当调节，同时，在强夯设备前、后位置打孔，稳固设备。为掌握夯击锤实际落距，可将钢卷尺挂在脱钩器上，并锁定脱钩器尾部的钢丝绳。

对于夯击锤两侧的支架、支撑设备需进行加固处理，并提升夯击锤进行试吊作业，保证夯击锤提升高度满足设计要求，随后放下夯击锤，使其落在作业面，并对夯击锤锤顶实际高程进行测定[5]。根据施工要求和设计规定，主夯时，夯击能级为4 000 kN·m，夯击锤重为291.7 kN，落距为13.8 m，单点夯击次数不得小于15击，最后两击的平均夯沉量应控制在50 mm以内。在满夯时，能级为1 500 kN·m，夯击锤重为182.5 kN，落距为8.3 m，单点夯击数为6击，最后两击平均夯沉量同样要控制在50 mm以内。完成夯击施工后，采取推土机填平夯坑，并对场地高程进行测定。

4.5 质量控制

第一，强夯施工前，需详细检查各项指标参数，比如夯锤重、落距等，可采用钢尺测定，保证单击夯击能量可达到施工规定。在强夯施工当中，可将各个夯点的夯击数作为控制标准，控制好每个点的最后两击的平均夯沉量，即小于50 mm。

第二，强夯实过程中，很容易发生夯点放线误差。为此，在每次夯击施工时，必须做好夯点放线复核作业，待夯击施工作业完成后，需及时检查夯坑的实际位置，避免出现夯击偏差，或者漏夯，若出现此类问题，应及时采取措施进行处治。

第三，地基加固质量要求很高，为此，需严控放线进度和强夯落锤位置。尤其是在主夯前，采取碎石材料铺设一定厚度的垫层，这样有助于均匀传送夯击能[6]。

第四，具体施工当中，需详细、认真地监测各个夯击点的沉降量，可采用水平仪设备。待水平仪与夯击点距离相近时，应准确掌握夯击是否会影响水准仪的精准度，并利用全站仪进行对比监测分析，保证夯击质量。

第五，若在雨季施工，需及时排出夯坑内的积水，以及夯击过场地上的残留水。夯坑回填后，需采用设备压实，相比周围地面，高度可多出一些，避免坑内填土吸水太多，夯击施工后，发生橡皮土情况。

5 结语

综上所述，随着建筑工程事业的迅速发展，不良地基施工问题愈加突出。湿陷性黄土地基施工中，为确保建筑物结构的稳定性，需做好地基加固施工。结合工程实际情况，单一采用强夯法加固处理并不能达到良好的加固效果。检测与研究分析表明，对于提升软弱地基承载力方面，增湿注水强夯施工和非增湿注水强夯施工对比，提升效果明显不同。增濕注水强夯技术的应用不仅可以消除湿陷性，还能达到预期地基加固效果，具有可行性。

参考文献

[1] 王瑾，张斌，高亚康.某学校及商业楼湿陷性黄土地基岩土工程治理方法研究[J].城市建筑，2021，18（17）：184-186.

[2] 潘永富.增湿强夯技术在湿陷性黄土地基中的应用探讨[J].黑龙江水利科技，2021，49（2）：182-183+197.

[3] 侯燕梅，杨卫红.强夯法在湿陷性黄土地基处理中的应用[J].建材与装饰，2020（5）：218-219.

[4] 徐咏鹏.强夯法在湿陷性黄土地基处理中的实践应用[J].城市建筑，2019，16（30）：166-168.

[5] 闫秀维.注水增湿+高能级强夯在巨厚湿陷性黄土中的应用[J].山西建筑，2017，43（36）：68-70.

[6] 樊艳鹏.湿陷性黄土路基强夯补强施工技术研究[J].工程技术（文摘版），2015（10）：16-17.