強夯法在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用

張 啟，胡海江，王天寶

（1 北京城建勘測設(shè)計研究院有限責任公司，北京，100101；2 城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點實驗室，北京，100101）

近幾年，全國基礎(chǔ)建設(shè)工作迅猛發(fā)展，而建設(shè)過程中遇到的地質(zhì)問題極其復雜。濕陷性黃土被水浸濕，地基土強度會被嚴重減弱，出現(xiàn)明顯沉陷現(xiàn)象，影響施工質(zhì)量和安全。強夯法是對濕陷性黃土地基較為有效的處理方法，近年來得到了很好的推廣應(yīng)用，并且都取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，為國家節(jié)省了巨額基礎(chǔ)工程費用。

1 工程實例

筆者參與的項目位于河北省張家口市懷來縣瑞云觀鄉(xiāng)，擬建建筑物主要為住宅93棟、酒莊兼售樓中心1棟、物業(yè)管理中心1棟，總建筑面積約82850m2，結(jié)構(gòu)形式為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)。其中雙拼別墅約71棟（142戶），有地上2層加半地下室；聯(lián)排別墅約22棟（80戶），有地上2層加半地下室；酒莊建筑面積約7000m2，有地上3層、地下1層；物管中心建筑面積約2250m2，有地上2層。

1.1 工程地質(zhì)條件

現(xiàn)場場地從南到北有條沖溝，長度約為900m，深度約為14m。地貌形態(tài)以河川平原為主，北部以平地為主，南部以緩坡為主。根據(jù)現(xiàn)場勘察及室內(nèi)土工試驗成果，此次勘探深度范圍內(nèi)（最深22m）的地層按其成因年代為第四紀沉積層，按地層物理力學性質(zhì)指標可以劃分為四個大層及八個亞層，具體地層如下。

素填土①層：黃褐色，松散～稍密，干，以粉土為主，土質(zhì)較均勻，整體層厚0.6～12m，對該層采取分層強夯法進行了加固處理。黃土狀粉土②層：黃褐色，中密，干，局部稍濕，干強度低，韌性低，無光澤，夾有部分薄層狀角礫或碎石，黏粒高，局部夾粉質(zhì)黏土薄層，該層層厚1.4～8.6m，表現(xiàn)為輕微濕陷性。碎石②1層：主要以粗砂及粉土填充，局部見塊石雜色，磨圓度較差，控制粒徑20～50mm，該層層厚0.8～4.5m，該層在②層土中呈透鏡體狀零星分布。細砂②2層：黃褐色，級配較好，含少量礫石，層厚2.4～4m，該層在②層土中呈透鏡體狀零星分布。粉土③層：黏粒高，局部夾粉質(zhì)黏土薄層，層厚0.9～13.3m，該層土在場地分布較廣，局部受原沖溝切割缺失。碎石④層：雜色，磨圓度較差，控制粒徑20～50mm，以粗砂及粉土填充，局部見塊石。揭露最大層厚10m。

根據(jù)勘察報告，勘探孔深范圍內(nèi)未測到地下水。該場區(qū)地下水埋深大于100m。濕陷性等級Ⅰ級（輕微）～Ⅱ級（中等），評價該場地為非自重濕陷性場地。

1.2 強夯地基處理設(shè)計

根據(jù)地基處理設(shè)計圖，將施工區(qū)域分為三個類型，Ⅰ型為次溝回填區(qū)域及部分濕陷性區(qū)域，Ⅱ型為濕陷性區(qū)域，Ⅲ型據(jù)初步勘察報告為非濕陷性區(qū)域。針對不同區(qū)域采用不同的地基處理方式，具體如下。

（1）Ⅰ型次溝回填區(qū)。該區(qū)域回填土厚度較大，采用分層強夯處理，分層虛填厚度為6m。首先，對回填區(qū)底部原狀土進行分區(qū)整平，清除有植被的表層土，邊坡部分按1∶1放臺階，場地平整后進行土方分層回填，不得采用夾有磚、瓦和石塊等的滲水材料，回填土不得含有凍土或膨脹土。當回填土厚度達到設(shè)計要求時即可進行施工，采取兩遍點夯一遍普夯的方式。第一遍夯點間距為5m，采用正方形布置形式，第二遍夯點位于第一遍夯點之間，強夯設(shè)計每遍點夯夯擊能為3000kN·m，夯擊數(shù)不小于9擊，且最后兩擊的平均夯沉量不大于5cm。待到點夯夯擊完成，采用滿夯方式進行夯擊，夯擊能量為1000kN·m，滿夯每點夯錘彼此搭接1/4，每點夯擊數(shù)為3擊。完成第一層夯擊后，繼續(xù)回填6m，進行第二層強夯。第二層強夯完成后，回填至設(shè)計要求高度再進行第三層強夯。為了確保次沖溝的強夯施工，在次沖溝與主沖溝交界處，先對主沖溝進行超填，待次沖溝強夯處理之后再結(jié)合主沖溝邊坡治理方案將主沖溝中多余的土挖除。

（2）Ⅱ型濕陷性區(qū)。對于Ⅱ型濕陷性區(qū)域，首先清除有植被的表層土，對該區(qū)進行場地平整，平整至設(shè)計要求的標高并預(yù)留600mm，然后進行強夯處理，采用兩遍點夯一遍普夯的方式。第一遍夯點采用正方形的布置方式，第二遍夯點布置在第一遍夯點中間，點夯的設(shè)計夯擊能為3000kN·m，滿夯的設(shè)計夯擊能為1000kN·m。點夯夯點間距6m、夯擊數(shù)不小于8擊且最后2擊的平均夯沉量小于5cm。滿夯夯印搭接1/4。施工夯點布置如圖1所示。

（3）Ⅲ型非濕陷性區(qū)域。該區(qū)域為非濕陷場地，對于削方區(qū)域可不進行地基處理，地基處理主要針對的是該范圍內(nèi)的回填區(qū)域。對于回填深度不大于2m的區(qū)域，首先對回填區(qū)底部原狀土進行分區(qū)整平，清除有植被的表層土，對填方部分進行土方分層回填碾壓，分層厚度0.3m，壓實系數(shù)不小于0.95。對于回填深度大于2.0m的區(qū)域按Ⅰ區(qū)處理方案處理，采取的能級根據(jù)現(xiàn)場試夯確定。

圖1 夯點平面布置示意圖（單位：kN·m）

2 試驗結(jié)果分析

2.1 強夯地基荷載試驗

根據(jù)設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，對強夯部位做荷載試驗。檢測結(jié)果是，經(jīng)過強夯處理，地基承載力特征值不小于150kPa，符合設(shè)計要求。鑒于文章篇幅，選取北區(qū)A08號試驗點P-S曲線如圖2所示，南區(qū)B35號試驗點的P-S曲線如圖3所示。

圖2 北區(qū)A08號試驗點荷載試驗P-S曲線

2.2 標準貫入試驗

試驗采用63.5kg自由落錘，落距為76cm。將貫入器打入15cm土層中，然后每打入10cm記錄下錘擊數(shù)，打入30cm的錘擊累計數(shù)量為標準貫入錘擊數(shù)N。

標準貫入試驗結(jié)果表明，經(jīng)強夯處理后，場地的粉土地基密實度和強度均得到提高。

2.3 取土及室內(nèi)土工試驗

對于濕陷性區(qū)域，強夯處理后進行鉆孔取土。鉆孔深度不小于6m，每隔1m采取土樣。通過室內(nèi)土工試驗，并依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑標準》（GB 50025—2018）對強夯處理后土的濕陷性是否消除進行評價。

圖3 南區(qū)B35號試驗點荷載試驗P-S曲線

室內(nèi)土工試驗結(jié)果表明，經(jīng)強夯處理后的地基，6m深度范圍內(nèi)土的濕陷系數(shù)δs均小于0.015，證實其濕陷性已經(jīng)消除。

3 結(jié)束語

強夯法進行地基處理，優(yōu)點在于施工工藝簡單、工期較短、經(jīng)濟效益好、對環(huán)境影響相對較小。文章采用強夯法對濕陷性黃土地基進行處理具有一定的有效性，經(jīng)強夯處理后的地基通過地基荷載試驗、標貫試驗、室內(nèi)土工試驗，試驗結(jié)果均滿足設(shè)計要求，6m深度范圍內(nèi)土的濕陷系數(shù)δs均小于0.015。此外，經(jīng)過粗略計算，強夯法與傳統(tǒng)的換土墊層和樁基進行比較，工期大約縮短4個月，造價節(jié)約50%。可見，無論從技術(shù)效益、經(jīng)濟效益還是社會效益角度分析，強夯法都是較為有效的一種處理濕陷性黃土地基的地基處理方法。