濕陷性黃土高能級強夯試驗研究

王程亮 耿慧輝

(中國航空規劃建設發展有限公司，北京 100121)

濕陷性黃土高能級強夯試驗研究

王程亮 耿慧輝

(中國航空規劃建設發展有限公司，北京 100121)

針對實際工程強夯能級超出現行規范指導范圍的情況，以甘肅省某工程為背景，開展了濕陷性黃土地基采用高能級強夯加固處理試驗研究，重點分析了強夯前后土體孔隙比、壓實系數以及濕陷系數的變化情況，總結了9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m能級條件下強夯針對濕陷性黃土的有效影響深度，試驗研究成果可為同類工程的設計與施工提供參考。

濕陷性黃土，高能級強夯，壓實系數，濕陷系數

0 引言

黃土在我國中、西部地區分布廣泛。隨著國家西部大開發戰略的實施，在黃土地區開工建設的工程項目越來越多，針對黃土地基處理的相關研究已經有豐富的成果和成熟的經驗[1]。實踐證明，強夯法是處理濕陷性黃土的有效方法，由于具有簡便、經濟以及快捷的特點，強夯法被廣泛應用于大量的工程項目當中[2]。隨著機械設備水平的提高和進步，強夯能達到的最大能級也在逐步增加，10 000 kN·m以上的強夯能級在實際工程中已經開始逐步應用[3]，但GB 50025—2004濕陷性黃土地區建筑規范中所涉及的強夯能級最大只有8 500 kN·m，規范難以指導8 500 kN·m能級以上強夯的設計與施工。

鑒于此種情況，本文將針對8 500 kN·m能級以上的濕陷性黃土地基強夯進行研究和探討，重點分析在高能級強夯工況下的有效影響深度及加固效果，為今后高能級強夯在濕陷性黃土地基處理中的設計和施工應用提供參考和借鑒。

1 試驗區地質概況

試驗場區為甘肅省某大型工程濕陷性黃土地基試驗段。地基土屬大厚度自重濕陷性黃土，濕陷等級為四級。場地地層分布如下：

①填土：整個場地均有分布，層厚0.5 m～1.7 m；②黃土狀粉土：整個場地均勻分布，層厚10.7 m～27.9 m；③馬蘭黃土：分布于整個場地，層厚18 m～32 m；④粉質粘土：分布于場地大部分地段，層厚0.9 m～12.3 m。主要土層物理力學指標見表1。

表1 主要土層物理力學指標

勘察過程中僅發現少量局部上層滯水，沒有發現地下水出露，本工程可不考慮地下水造成的影響。

2 試驗內容

表2 試驗區強夯參數統計表

在場地內代表性地段選取三塊尺寸為20 m×20 m的區域作為強夯試驗區，分別采用9 000 kN·m，10 000 kN·m以及12 000 kN·m的點夯夯擊能進行強夯處理，夯點按照梅花形布置。點夯完成后三個試驗區分別采用1 000 kN·m的能量進行滿夯處理，滿夯錘印搭接1/3，各小區強夯試驗參數見表2。

強夯完成后，在每個試驗區分別開挖三處探井，且確保其中有兩處探井位于夯點土上。樣品送至試驗室進行壓實系數測定以及濕陷系數測定。

3 試驗過程與結果分析

3.1 強夯小區試驗過程

強夯小區試驗過程中，根據最后兩擊平均夯沉量、夯坑周邊土體隆起等情況控制單點夯擊擊數，具體參數見表3。

表3 試驗區強夯過程參數表

小區試驗情況表明，隨著強夯擊數的增加，土體逐漸密實，夯坑周圍隆起變形較小，且都能達到規范要求的終錘標準。對整個試驗過程進行縱向對比分析可以看出，在確定的強夯單擊能級下，第一遍強夯點前6擊夯沉量較大，后6擊夯沉量較小并逐漸收斂。第一遍夯完后隨著土體的密實，隨后幾遍單點夯擊擊數呈逐漸減小的趨勢。橫向對比分析可以看出，夯擊能越大，達到終錘標準所需的單點夯擊擊數越多，累計夯沉量也越大。且隨著夯擊能級的增大，為保證強夯效能的充分發揮，同一遍點夯之間的間距也應相應增大，對應的夯擊遍數也相應增多。

表4 各試驗區強夯前后孔隙比指標對比表

3.2 強夯前后土體孔隙比對比

強夯完成后，對試驗區內土體進行探井取樣，并通過室內試驗測定土體的孔隙比指標。每個試驗區布置三處探井，其中一處位于夯間土范圍、兩處位于夯點土范圍，探井深度14 m，取樣間距1.0 m。強夯后各項物理力學指標統計情況見表4。

通過表4可以看出，強夯完成后土體的孔隙比指標有所改善，總的來說淺層變化比較大、深層變化比較小。高能級強夯能夠在一定深度范圍內加固試驗區的濕陷性黃土地基。單純從孔隙比指標的變化判斷，9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m三個能級強夯的有效加固深度(從起夯面標高算起)分別為：7 m，8 m和11 m。

3.3 強夯后土體壓實系數變化情況

強夯完成以后，壓實系數的測定的取樣原則與測定土體孔隙比指標的取樣原則相同，強夯后壓實系數的統計情況如圖1，圖2所示。

由圖1可以看出，強夯完成后，對于單點夯擊能為9 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯點土壓實系數為0.79～0.87，對于單點夯擊能為10 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯點土壓實系數為0.79～0.90，對于單點夯擊能為12 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯點土壓實系數為0.82～0.98。由圖2可以看出，強夯完成后，對于單點夯擊能8 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯間土壓實系數為0.78～0.83，對于單點夯擊能10 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯間土壓實系數為0.77～0.85，對于單點夯擊能12 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯間土壓實系數為0.78～0.97。

根據GB 50025—2004濕陷性黃土地區建筑規范中的相關規定，將滿足丙類建筑要求的最小擠密系數0.84作為判定界限，結合上述數據進行分析可以得出，當單點夯擊能9 000 kN·m，強夯有效影響深度約為6 m；當單點夯擊能10 000 kN·m，強夯有效影響深度約為7 m；當單點夯擊能12 000 kN·m，強夯有效影響深度約為11 m。

3.4 強夯后土體濕陷系數情況

強夯完成后，濕陷性系數的測定的取樣原則與測定土體孔隙比指標的取樣原則相同，強夯后濕陷系數的統計情況如圖3，圖4所示。

由圖3可以看出，強夯完成后，對于單點夯擊能9 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯點土濕陷系數為0.004～0.029，對于單點夯擊能10 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯點土濕陷系數為0.004～0.026，對于單點夯擊能12 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯點土濕陷系數為0.001～0.022。由圖4可以看出，強夯完成后，對于單點夯擊能9 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯間土濕陷系數為0.007～0.027，對于單點夯擊能10 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯間土濕陷系數為0.007～0.028，對于單點夯擊能12 000 kN·m的試驗區，在1.0 m～15 m范圍內夯間土濕陷系數為0.001～0.029。

結合上述數據進行分析可以得出，當單點夯擊能9 000 kN·m，加固土體6 m范圍內濕陷性基本完全消除；當單點夯擊能10 000 kN·m，加固土體7 m范圍內濕陷性基本完全消除；當單點夯擊能12 000 kN·m，加固土體11 m范圍內濕陷性基本完全消除；濕陷性消除的情況與根據壓實系數判斷的強夯有效影響深度情況基本一致，說明濕陷系數同壓實系數之間存在著緊密的相關性。

4 結語

1)對于本工程的濕陷性黃土地基，9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m三個能級強夯的有效加固深度分別為：6 m，7 m和11 m，采用menard公式進行影響深度估算時，修正系數建議取值在0.21～0.31之間。此結論可以為今后類似的工程項目提供參照。

2)本工程中三種能量的強夯影響深度，與相關文獻中推薦的相應能級強夯有效加固深度相比較淺[4]，其原因應是與土體含水量低從而影響強夯的效能有關。在工程條件具備時，建議在強夯前先對場地進行增濕處理。

3)濕陷性黃土地基具有較為復雜的工程特性，本工程高能級強夯試驗數據仍具有一定的離散性，實際應用時尚應根據工程的實際情況制定針對性的方案參數，以便取得最佳的處理效果。

[1] 呂秀杰,龔曉南,李建國.強夯法施工參數的分析研究[J].巖土力學,2006,27(9):1628-1633.

[2] 賀為民,范 建.強夯法處理濕陷性黃土地基評價[J].巖石力學與工程學報,2007,26(S2):4095- 4101.

[3] 詹金林,水偉厚.高能級強夯法在石油化工項目處理濕陷性黃土中的應用[J].巖土力學,2009,30(S2):469- 473.

[4] 年廷凱,李鴻江,楊 慶,等.不同土質條件下高能級強夯加固效果測試與對比分析[J].巖土工程學報,2009,31(1):139-142.

Study on high-energy dynamic compaction experiment of collapsible loose

Wang Chengliang Geng Huihui

(ChinaAviationPlanningandConstructionDevelopmentCo.,Ltd,Beijing100121,China)

In light of current high-energy dynamic compaction guiding norms, taking Gansu engineering as the background, the paper carries out high-energy dynamic compaction reinforcement experiment of collapsible loose, mainly analyzes varying conditions of pre and post soil ratio, compaction coefficient and collapsible coefficient, and summarizes effective depth of dynamic compaction upon collapsible loose under 9 000 kN·m, 10 000 kN·m, and 12 000 kN·m energy dynamic compaction conditions, which has provided some guidance for similar engineering design and construction.

collapsible loose, high-energy dynamic compaction, compaction coefficient, collapsible coefficient

1009-6825(2015)07- 0045- 03

2014-12-26

王程亮(1983- )，男，工程師； 耿慧輝(1982- )，女，工程師

TU472.31

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