回填濕陷性黃土地基強夯法有效加固深度影響因素分析

張軍旗，吳彥彪，王德亮

(1.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊050031;2.神華寧夏煤業(yè)集團有限責(zé)任公司煤制油項目建設(shè)指揮部，北京100011)

0 引言

近年來，強夯法以其工藝簡單、加固周期短、相對成本低等優(yōu)越性廣泛應(yīng)用于濕陷性黃土地基的處理，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。濕陷性黃土地基采用強夯法處理，主要目的不外乎增加地基土的密實性、消除濕陷性、降低壓縮性、提高承載力、降低透水性，往往以消除濕陷性的有效深度作為有效加固深度。

西北某回填濕陷性黃土地基強夯處理項目，施工完成后，在設(shè)計要求的有效加固深度內(nèi)，部分區(qū)域土層濕陷性未完全消除，本文通過分析探討其原因，供同行借鑒。

1 工程概況

該項目地處我國西北內(nèi)陸，普遍存在濕陷性黃土，深度較深，且大面積回填區(qū)域密實度不足，處理面積170余萬m2，根據(jù)設(shè)計要求，采用4000～12000 kN·m夯擊能，其中一個10000 kN·m夯擊能部位，施工完成后，部分區(qū)域有效加固深度(濕陷性消除深度)僅達(dá)到7 m左右，未能達(dá)到設(shè)計要求9 m的有效加固深度，濕陷性未完全消除區(qū)域見圖1所示。

圖1 設(shè)計有效加固深度內(nèi)濕陷性未完全消除區(qū)域

1.1 施工參數(shù)

主夯夯擊能10000 kN·m，間距5.5 m，正三角形布點，隔行分2遍完成，單點夯擊次數(shù)≮15擊;加固夯夯擊能5000 kN·m，在兩遍主夯夯點之間插點，單點夯擊次數(shù)≮8擊;滿夯夯擊能2000 kN·m，夯印搭接1/4，單點夯擊次數(shù)≮3擊。

1.2 強夯技術(shù)要求

每一夯點的最后兩錘的夯沉量≯50 mm;地基處理的有效深度≮9.0 m。

1.3 地層及地下水情況

①素填土(Q4ml):為原地貌低洼地段在場地整平時堆積碾壓而成，主要由粉土、卵石及粗礫砂組成，組成成分、密實度差別較大，均勻性差，層厚0.50～8.10 m，施工前進(jìn)行了2次回填;

②黃土狀粉土(Q3al):褐黃色，稍濕，稍密～中密，無光澤反應(yīng)，干強度低，韌性低，微孔隙與蟲孔發(fā)育，含少量石膏等鹽類結(jié)晶物，局部夾有厚度為10～40 cm的碎石土薄層，層厚1.00～7.20 m;

②夾卵石(Q3al+pl):灰褐～紅褐色，中密～密實，母巖成分主要為石英砂巖，微風(fēng)化，亞圓狀，卵石普遍粒徑在20～50 mm，局部夾漂石，粒徑達(dá)200 mm，充填物主要為粉土、礫砂，級配良好，局部為圓礫和礫砂，局部地段分布，層厚2.00～3.30 m;

③黃土狀粉土(Q3al):褐黃色，稍濕，中密～密實，無光澤反應(yīng)，干強度低，韌性低，微孔隙與蟲孔發(fā)育，含少量礫石，局部包含少量石膏等鹽類結(jié)晶物，該層局部地段分布，層厚0.60～6.30 m;

③夾卵石(Q3al+pl):灰褐～紅褐色，密實，母巖成分主要為石英砂巖，微風(fēng)化，強度高，亞圓狀，卵石普遍粒徑在20～50 mm，局部夾漂石，粒徑達(dá)500 mm，充填物主要為粉土、粗礫砂，級配良好，局部為圓礫和礫砂，層厚0.50～5.50 m;

④1強風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(E):棕紅～褐黃色，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，強風(fēng)化，巖心呈砂礫狀或土柱狀，手可捻碎，浸水極易崩解與軟化，強度低，層厚0.50～3.50 m;

④2中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(E):棕紅～褐黃色，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，中風(fēng)化，巖心呈土柱狀，手可捻動，浸水極易崩解與軟化，強度低，區(qū)域地質(zhì)資料顯示該層厚度＞50.0 m。

在鉆探揭露深度范圍內(nèi)未見地下水。

2 原因分析

2.1 夯擊能量和夯擊次數(shù)

夯擊能量和夯擊次數(shù)是影響有效加固深度的首要因素，事情發(fā)生后，經(jīng)查驗施工記錄，夯擊能量和夯擊次數(shù)能夠完全符合設(shè)計要求。本區(qū)域進(jìn)行了6000 kN·m試夯(未進(jìn)行10000 kN·m試夯)，有效加固深度為6.4 m，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79－2002)6.2.1款，“強夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定，在缺少試驗資料或經(jīng)驗時可按表6.2.1預(yù)估”，由此推斷本區(qū)域10000 kN·m夯擊能有效加固深度見表1。

表1 推斷本區(qū)域10000 kN·m夯擊能有效加固深度

由表1可知，本區(qū)域10000 kN·m夯擊能所能消除濕陷性的有效加固深度約為7.4 m，與實際部分區(qū)域有效加固深度約7.0 m接近，由此初步推斷夯擊能選取小是未能達(dá)到設(shè)計有效加固深度的主要原因。為慎重起見，決定在該區(qū)域北側(cè)未夯區(qū)域選取一塊地層基本接近的場地，按照原強夯施工參數(shù)進(jìn)行一組對比試驗驗證。對比試驗結(jié)果見表2。

表2 場內(nèi)場外對比試驗結(jié)果

由表2可以看出，此區(qū)域消除濕陷性的有效加固深度應(yīng)為7 m左右，設(shè)計夯擊能選取偏小是未能達(dá)到有效加固深度的主要原因。

2.2 地基土的含水量

大量實踐資料顯示，地基土含水量的適宜性也是影響濕陷性黃土強夯有效加固深度的主要因素。

根據(jù)巖土工程勘察報告，本區(qū)域天然含水量2.7% ～12.1%，且多為2.7% ～5%，最優(yōu)含水量約為17.0%，根據(jù)《強夯法處理濕陷性黃土地基技術(shù)規(guī)程》(DBJ 61－9－2008)3.1.5款，勉強處于“可采用”強夯的土層含水量范圍;場外對比試驗①層素填土含水量偏高，經(jīng)處理后的土體濕陷性相對較低，也反映出含水量因素對強夯效果的影響程度。故地基土的含水量偏低，也是未能達(dá)到設(shè)計有效加固深度的主要原因。

2.3 不同土層的厚度及埋藏順序

經(jīng)查閱場區(qū)早期地形地貌資料，對照巖土工程勘察報告，發(fā)現(xiàn)設(shè)計有效加固深度內(nèi)濕陷性未完全消除區(qū)域早期地貌是個“沖溝”，設(shè)計有效處理深度以下仍然存在著深厚濕陷性黃土層，如圖2所示，由于松散層壓縮模量相對較小，在上部荷載P作用下，土體會產(chǎn)生明顯塑性變形，即產(chǎn)生壓縮變形量h2，夯沉量H2為待處理的濕陷性土層壓縮變形量與下臥松散層壓縮變形量之和;因上部為濕陷性土層，下部為松散土層，夯沉量變大，松散下臥層吸收并消耗了大量能量，大大削弱了夯擊能有效作用的發(fā)揮，嚴(yán)重降低了上部土體的強夯處理效果。

圖2 下臥層為松散層時強夯效果示意圖

而設(shè)計有效加固深度內(nèi)濕陷性完全消除區(qū)域，設(shè)計有效加固深度下即為密實的卵石層(或基巖層)，如圖3所示，在上部荷載P作用下，卵石層不能產(chǎn)生明顯變形，消耗了很少的能量，絕大部分能量作用在了待處理的濕陷性土體上，夯沉量H1即是濕陷性土層的壓縮量，保證了設(shè)計有效加固深度內(nèi)濕陷性的消除。

2.4 回填土層的密實程度及強夯設(shè)計參數(shù)

圖3 下臥層為密實卵石層時強夯效果示意圖

施工前本區(qū)域進(jìn)行了2次回填平整，尤其設(shè)計有效加固深度內(nèi)濕陷性未完全消除區(qū)域，回填土松散、厚度大。土體密實度高，有效應(yīng)力傳遞的效率就高，土壓力可影響至深部土體;土體密實度低，土壓力在向下傳遞過程中，上部土體首先被壓密，土粒充分接觸，有效應(yīng)力增大到一定程度時才能進(jìn)一步影響下部土體。因此，對于小能量強夯，“淺層密實層”將影響能量的深層傳遞，但對于大能量強夯，相對松散的土體要消耗更多的能量，上部松散土層的存在，制約了土顆粒間的有效應(yīng)力傳遞，致使設(shè)計有效加固深度內(nèi)存在土層濕陷性未完全消除的現(xiàn)象。故本區(qū)域設(shè)計參數(shù)選取時，未考慮先選取中能量強夯，再進(jìn)行大能量強夯，沒有達(dá)到理想的處理效果。

3 幾點體會

地基土有效加固深度的影響因素，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79－2002)提到了夯錘重和落距(夯擊能)、夯擊次數(shù)、錘底單位壓力、地基土性質(zhì)、不同土層的厚度及埋藏順序、地下水位等，實際操作時，應(yīng)注意以下幾點:

(1)試夯場地選取時，應(yīng)充分考慮上述分析的影響因素，選取有代表性的薄弱地段進(jìn)行試夯，方可獲得可靠的設(shè)計數(shù)據(jù);

(2)地基土的含水量對于消除濕陷性的有效加固深度影響很大，應(yīng)引起足夠重視;

(3)有效加固深度下埋藏土的密實程度也是影響強夯處理效果的重要因素;

(4)選取強夯參數(shù)時，應(yīng)充分考慮回填土層的密實程度，選擇適宜的強夯能級，必要時選擇先小后大的組合能級強夯，以達(dá)到理想的處理效果。

［1］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］DBJ 61－9－2008，強夯法處理濕陷性黃土地基技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］楊天亮，葉觀寶.高能級強夯法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用研究［J］.長江科學(xué)院院報，2008，25(2):54 －56.

［4］郭春平.強夯法處理濕陷性黃土工程實踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(6):59 －61.

［5］夏世龍，李利俠，陳惠芳.強夯法在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2011，40(2):63 －65.