濕陷性黃土人工土質(zhì)改良手段探究

林建達

本研究以西安市東南三環(huán)連接段D N 5合同段為例。工程介紹：此項工程位于西安市東南三環(huán)連接段，主要做的是市政管道、路基路面、跨線橋等方面的工作，地質(zhì)情況為濕陷性黃土，針對此項工程濕陷性黃土的地質(zhì)特點，采用了人工土質(zhì)改良手段對濕陷性黃土進行改良，采用的主要改良方法為墊層法、夯實法和擠密樁法。

一、墊層法

在西安市東南三環(huán)連接段D N 5合同段的地基處理中，就采用了墊層法處理濕陷性黃土。墊層法也叫換土墊層法或開挖置換法。此方法的工作原理為將路基基底的濕陷性黃土部分或全部挖除，再用素土或灰土分層夯實做成墊層，這樣就達到了降低地基部分的沉陷量，降低地基壓縮變形和滲透性，實現(xiàn)地基承載力的提升。

該工程主要將墊層法應(yīng)用于地下水位以上，土層厚度1～3m。在具體的操作中，采用整片（也可以采用局部土墊層）土墊層處理所要求的消除基底以下1～3m濕陷性黃土的濕陷量；采用整片灰土墊層（也可采用局部灰土墊層）處理對水穩(wěn)性和承載力要求較高的地段，取200～300m m作為墊層的鋪層厚度。在墊層法的應(yīng)用中，著重強調(diào)控制機械碾壓速度，分層檢驗墊層的施工質(zhì)量來保證質(zhì)量，在每層的壓實系數(shù)符合設(shè)計要求后鋪填上層土墊層作為人工置換土的主要受力層，達到了提高承載力、減少沉降的目的。

在對東南三環(huán)連接段濕陷程度進行分析和評估后，需要對施工材料進行著重探討。因為墊層法墊層設(shè)計的目的主要是為了消除黃土的濕陷性，所以素土墊層和灰土墊層是首選的施工材料，采用兩種疊合墊層進行地基處理。相關(guān)資料顯示，兩種施工材料選用基坑挖出的土作為墊層土料時，滲透性相近，抗沖刷性的對比中二者的差異也不大，但灰土墊層在水穩(wěn)性方面要明顯優(yōu)于素土墊層，在二者的經(jīng)濟效益方面，素土墊層的經(jīng)濟效益明顯更高，且施工速度更快，但如果全部采用素土墊層，水穩(wěn)性差的弊端又難以使其經(jīng)得起水浸泡，全部采用灰土墊層的經(jīng)濟效益又不及素土墊層，所以在材料的選擇上以灰土墊層和素土墊層疊合墊層來對地基進行處理。

二、夯實法

在對東南三環(huán)連接段飽和度小于60%的濕陷性黃土處理中，采用的是夯實法來改良濕陷黃土。重夯實和強夯實是夯實法的兩種主要手段，是指利用重錘自由落下的沖擊能來夯實地基。本次施工采用的夯實方法是強夯實，主要應(yīng)用于消除濕陷性的土層厚度為3～6m的施工區(qū)域（重夯實多用于消除土層濕陷厚度為1～2m時）。

以西安市東南三環(huán)連接段D N 5合同段為例，該公路段落為典型的濕陷性黃土土質(zhì)，濕陷厚度為3.1m，濕陷系數(shù)為 0.016-0.040，總濕陷量4.1～7.4c m，為典型的輕微濕陷等級，地基土的其他主要物理力學指標為：含水23.98%，孔隙比0.79，飽和度75.9%。根據(jù)該路段的具體實際情況，在夯實法的設(shè)計中單擊夯擊能取用1000k N·m，采用正方形插擋法布設(shè)夯點，夯點的最大距離控制在5.1m，夯擊遍數(shù)控制在4遍。在本次夯實法的設(shè)備選擇上，夯錘重量為12t，即120k N，單擊夯擊能1000k N·m，夯錘距為9m，本路段施工的夯錘直徑為2.2m，錘高1.29m。在夯實法應(yīng)用前需要進行試夯，結(jié)合該區(qū)域的施工實際條件，我們把試夯要求設(shè)定為每點平均夯擊6次左右，滿足最后兩擊平均夯沉量小于5c m，夯坑周圍地面不發(fā)生過大隆起的要求。在試夯符合既定要求后，就可以對本區(qū)域進行強夯，經(jīng)過計算，西安市東南三環(huán)連接段D N 5合同段的平均夯沉量為24c m。

從本次的夯實法應(yīng)用中可以得出經(jīng)驗：（1）強夯法的夯擊功能要明顯優(yōu)于重夯法；（2）強夯法不宜在距離建筑物較近的區(qū)域內(nèi)采用，因為強夯法在施工過程中會產(chǎn)生明顯的震動，這也是強夯法較為明顯的缺點之一。

三、擠密樁法

根據(jù)擠密樁法的技術(shù)特點，在東南三環(huán)路段的施工中主要將該技術(shù)應(yīng)用在地下水位以上的濕陷性黃土地基厚度為5～15m上，整片處理或者局部處理均可。擠密樁法的工作原理為利用機械、人力或爆破成孔后，填以最優(yōu)含水量的素土或灰土并分層夯實，其壓實系數(shù)在0.93以上，形成土或灰土樁，借以加固地基。我們所說的土樁擠密地基實際上是土樁和樁間土共同來組成的復合地基，擠密樁法所形成的土樁擠密地基，以降低土壤滲透性和壓縮性為主，提升地基承載能力，消除地基濕陷性為目的。

結(jié)合該次工程的實踐效果來看，擠密樁法施工行之有效。該工程是典型的濕陷性黃土地質(zhì)，路基下4m左右有地下水，地下水位上部的雜填土中能明顯地看出地質(zhì)類型，由于濕陷性黃土地質(zhì)而導致了路基的承載力達不到設(shè)計要求，無法繼續(xù)進行施工工作，經(jīng)過對土質(zhì)的觀察和決議，在施工的過程中對土質(zhì)進行處理，加固路基，保證路基的承載力符合設(shè)計要求。擠密樁法是經(jīng)過綜合考慮之后應(yīng)用在其中的濕陷性黃土改良方法，擠密樁按照三角形圖形分布，樁高4.2m，地下水位以下部位3∶7灰土布置，地下水位以上2∶8灰土布置，其中摻入水泥保證其強度。經(jīng)過實際工程的檢驗，該路段的土質(zhì)得到了明顯的人工改良，路基承載力為原來的一倍，通過沉降觀測，量逐漸詫異沉降小于千分之一，符合路基施工規(guī)范的要求。

四、總 結(jié)

綜上所述，在西安市東南三環(huán)連接段D N 5合同段采用了上述三種方法處理濕陷性黃土，取得了良好的效果。上述幾種方法也是濕陷性黃土人工土質(zhì)改良的幾種主要手段，需要指出的是，在方法的具體選擇和實際操作中，還要根據(jù)施工現(xiàn)場的濕陷類型，濕陷程度和施工要求等幾個方面進行綜合的考量，遵循因地制宜的原則，選擇綜合效益最高的改良方案。

［1］郭斌.濕陷性黃土地區(qū)灰土墊層與防滲膜復合地基研究［D］.蘭州大學，2014.

［2］杜健.濕陷性黃土場地夯擴擠密法試驗研究［D］.蘭州大學，2014.

［3］汪海濤，司富安，段世委，等.濕陷性黃土地區(qū)渠道工程地質(zhì)勘察體會［J］.資源環(huán)境與工程，2014，（4）.