強(qiáng)夯法處理膨脹性填土地基的應(yīng)用研究

張家柱 代世軍

強(qiáng)夯法處理膨脹性填土地基的應(yīng)用研究

張家柱 代世軍

一、膨脹性填土地基強(qiáng)夯加固的可行性分析

就膨脹性填土地基而言，其水平和垂直方向上的不均勻性以及含水率的紊亂性，是引起地基不均勻升降的不利因素。為了使建成后的房屋不受膨脹土的吸水膨脹和失水收縮而引起破壞。如何處理好膨脹性填土地基是本次研究的主要內(nèi)容。

國(guó)外文獻(xiàn)指出：膨脹土的膨脹壓力隨初始干密度的增大而增大。當(dāng)干密度降低時(shí)，膨脹壓力迅速地趨向零。當(dāng)干密度增大時(shí)，膨脹壓力則急劇增大并趨向無窮大（見圖1），這表明地基夯得過于密實(shí)，則膨脹對(duì)建筑物的破壞將是極其嚴(yán)重的。顯然，這與加固填土地基的要求相矛盾。因此，對(duì)膨脹性填土地基上利用強(qiáng)夯加固的可行性，有人持否定意見。但分析圖1的曲線后，膨脹壓力主要取決于干密度，如果將干密度控制在膨脹壓力不致于過大的范圍（即1.60～1.70g/cm3）內(nèi)，并規(guī)定一個(gè)合理的地基承載力和壓縮系數(shù)，則建筑物的不均勻沉降可以人為地加以控制。針對(duì)膨脹土上述的工程性質(zhì)，選用強(qiáng)夯施工主要參數(shù)時(shí)，除考慮一般粘性土的共性外，必須研究其特殊性，也就是說，除滿足一定的地基強(qiáng)度和地基變形要求外，必須探討該處膨脹性填土隨干密度變化的脹縮性規(guī)律。

二、場(chǎng)地膨脹性填土工程特性

場(chǎng)地填筑土料為當(dāng)?shù)氐呐蛎浶哉惩粒珊榉e形成，夾少量鐵錳結(jié)核；黃褐色、硬塑狀態(tài)。膨脹性填土的礦物組成以伊利石為主，含少量蒙脫石，顆粒組成為砂粒（＞0.05mm）占12%，粉粒（0.05～0.005mm）占56%，粘粒（<0.005mm）占32%。系采用汽車傾填、推土機(jī)整平和碾壓的方式進(jìn)行填筑，填土層厚度5.0m左右。碾壓后的填土及填土底面以下天然土的物理、力學(xué)性能及脹縮性能指標(biāo)見表1。

三、強(qiáng)夯加固的工藝試驗(yàn)及主要施工參數(shù)

1.工藝性試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)場(chǎng)地膨脹性填土的強(qiáng)夯試驗(yàn),得出膨脹性填土地基的最后一錘夯沉量與干密度的關(guān)系見表2。

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)成果分析,確定場(chǎng)地膨脹性填土的夯實(shí)干密度按1.60g/cm3來進(jìn)行控制是比較合適的。

2.主要施工參數(shù)

圖1 恒定含水率試樣不同密度對(duì)膨脹壓力的影響

表1 膨脹性填土及天然地基土的試驗(yàn)成果

表2 各夯擊階段的干密度值

（1）起重設(shè)備采用W1001履帶吊車，夯錘采用圓柱型，直徑2.10m，錘重10.5t，落距 10m，單點(diǎn)夯擊能為1050kN·m。其有效加固深度按Menard公式計(jì)算：

式中：H—有效加固影響深度，m；

M—夯錘的質(zhì)量，t；

h—落距，m；

α—加固深度修正系數(shù)，取0.6。 =6.1m≥5.0m，滿足加固填土深度的要求。

（2）夯擊點(diǎn)布置：按間距5.0m的梅花型布置，場(chǎng)地上共設(shè)計(jì)夯擊點(diǎn)186個(gè)，采用3遍間斷夯擊的辦法，間歇時(shí)間15～20d，用水準(zhǔn)儀觀測(cè)夯擊點(diǎn)的沉降量；夯擊過程中用最后一錘的夯沉量不小于10cm進(jìn)行定量控制，即：

第一遍，最后一錘的夯沉量控制在15cm；

第二遍，最后一錘的夯沉量控制在10cm；

第三遍，最后一錘的夯沉量小于10cm，若大于10cm則加夯。

（3）夯擊次數(shù)及夯沉量：每夯擊點(diǎn)的夯擊次數(shù)為8～9擊，單位平均夯擊能量為1120～1870kN·m/m2。

四、強(qiáng)夯加固后的效果檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

1.靜力觸探原位試驗(yàn)成果

強(qiáng)夯加固前、后分別在場(chǎng)地上布置了8個(gè)靜力觸探孔，根據(jù)試驗(yàn)成果,按照填土的深度,自上而下統(tǒng)計(jì)出每米深度范圍內(nèi)夯實(shí)前、后的結(jié)果見表3。

2.靜載荷試驗(yàn)成果

強(qiáng)夯前、后在場(chǎng)地上分別進(jìn)行3處試驗(yàn)點(diǎn)的靜載荷試驗(yàn)，其中在強(qiáng)夯后的地基中增加了3處試驗(yàn)坑被水浸泡10d以后的靜載荷試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

3.強(qiáng)夯后膨脹性填土地基的主要特性指標(biāo)

強(qiáng)夯前、后在場(chǎng)地上分別進(jìn)行5處鉆孔試驗(yàn)，鉆取填土試樣，分別進(jìn)行脹縮性和壓縮性試驗(yàn)結(jié)果見表5。

4.強(qiáng)夯加固后的膨脹性填土地基評(píng)價(jià)

（1）場(chǎng)地膨脹性填土地基經(jīng)強(qiáng)夯加固后，實(shí)測(cè)場(chǎng)地的平均夯沉量為89.5～107.1cm。填土的夯實(shí)干密度基本控制在1.60g/cm3左右。填土地基的膨脹壓力在40～70kPa范圍內(nèi)變動(dòng)。在處理后的場(chǎng)地上建造建筑物時(shí)，只要其基底處應(yīng)力控制在不小于80kPa左右，這就相當(dāng)于向膨脹土上施加了相反的力。即使是地基產(chǎn)生浸水，也不致于產(chǎn)生向上的膨脹變形。無論在何種條件下強(qiáng)夯后的膨脹性填土地基都滿足承載力要求。

表3 每段深度內(nèi)平均比貫入阻力Ps值統(tǒng)計(jì)成果

表4 靜載荷試驗(yàn)成果

表5 膨脹性填土層強(qiáng)夯前、后的主要特征指標(biāo)

（2）強(qiáng)夯后填土的干密度有所提高而其含水率有所降低，即使是在恒定含水率時(shí)，隨著干密度的增大線縮率也略有下降。說明強(qiáng)夯后的膨脹性填土對(duì)改善收縮性能是有利的。

（3）該場(chǎng)地膨脹性填土地基，當(dāng)干密度夯實(shí)達(dá)到1.60g/cm3左右時(shí)，填土的壓縮性顯著降低，孔隙比由最大1.05減小到0.70～0.80左右，說明填土地基已趨向均勻，對(duì)有效地控制建筑物的不均勻沉降起到了關(guān)鍵性作用。

（4）由于填土地基的不均勻性較為顯著（如填料塊粒大小不一，機(jī)械碾壓時(shí)壓密程度不一致，天然地面起伏，填土厚簿不一），故強(qiáng)夯時(shí)，應(yīng)用最后一錘的夯沉量作為控制施工參數(shù)，比控制總的夯擊擊數(shù)更為合適。

五、結(jié)語

膨脹性填土地基采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固，強(qiáng)夯控制標(biāo)準(zhǔn)按最后一錘的夯沉量不小于10cm執(zhí)行，最終夯實(shí)后場(chǎng)地填土的干密度達(dá)到1.60g/cm3左右，此時(shí)夯實(shí)后的膨脹性填土的膨脹壓力在40～70kPa，小于建筑物基底處的應(yīng)力，填土地基的線縮率有所降低。同時(shí)填土地基的壓縮性達(dá)到中等偏低壓縮性地基的要求，消除了填土的不均勻性對(duì)建筑物的影響。加固后的膨脹性填土地基與同類膨脹土天然地基的同一指標(biāo)相比未出現(xiàn)惡化現(xiàn)象。因此，經(jīng)強(qiáng)夯后的膨脹性填土地基在取得其主要脹縮性指標(biāo)后，參照《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的同等膨脹土天然地基的有關(guān)條款進(jìn)行設(shè)計(jì)是可行的。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，已建成的房屋運(yùn)行多年未出現(xiàn)任何異常情況，因此，用強(qiáng)夯法來加固膨脹性填土地基是可行的

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 233000）

（專欄編輯：張 婷）