豫西山地强夯法处理湿陷性黄土地基施工技术
刘继鹏，闫芳²，高一帆（1.河南工程学院土木工程学院，河南郑州451191；2.郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院，河南郑州450015）
[摘要]通过对豫西山地强夯法处理湿陷性黄土地基的实证研究，得到了夯后地基土物理力学性质随深度的变化关系，夯实厚度与处理厚度的关系，夯后地基沉降量的估算方法等，有利于改进强夯法在处理湿陷性黄土地基方面的应用.
[关键词]地基；地基处理；湿陷性黄土；强夯法；试验
[中图分类号]TU475.3 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2017)18-0103-04
DynamicCompactionGroundTreatmentforCollapsibleLoessin WesternMountainofHe’nan
LIU Jipeng' YAN Fang² GAO Yifan
( 1. Department of Ciril Engineering He' nan Irstitute of Engineering Zhengzhou He' nan 451191 Chint;2. Department of Gisil Enginering and Architecture Zhengzhos Unizersity of Aeronntics Zhengzhou He* nan 450015 China)
Abstract Based on the study of dynamic paction ground treatment for collapsible loess in the westermmountain of He * nan a relationship between energy level of pacting and dynamically pactedthicknes is oltained : An approach to estimate paction subsidence of ground is proposed; Based onthe dynamically paceted thicknes of the ground treatment by dynamie paction for collapsible loesscan be predicted.
Key words foundations; ground treatment ; collapsible loess; dynamic paction; tesds
1湿陷性黄土地基处理
2强夯法处理湿陷性黄土地基设计参数
1.1湿陷性黄土特性
2.1有效加固深度
湿后，土的结构受到破坏，在外荷载或自重作用下， 我国黄土主要分布在中西部地区，黄土受水浸发生显著下沉，强度也会迅速降低，称为湿陷.豫西是我国湿陷性黄土分布的主要地区之一，黄土总厚度0-94m，湿陷性黄土厚度0-10m，豫西黄土一 般为非自重湿陷性黄土，粉粒含量较高，湿陷敏感性弱，湿陷量不大.
地基加固深度.在强夯法处理地基的设计中，主要 有效加固深度是用来表示强夯法处理地基的是根据工程要求的加固深度和加固后主要技术指标来确定有效加固深度.
GB50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》给出了 在强夯法处理湿陷性黄土地基方面，国家标准有效加固深度预估值，如表1所示.
1.2湿陷性黄土地基处理要求
表1有效加固深度预估值
消除或者降低地基土的湿陷性是湿陷性黄土地基处理的主要目标，通过地基处理降低地基土的 透水性，使地基承载力在水的侵蚀下得到提高，减小黄土地基在上部结构施工完成后的沉降量.
Table 1 Effective reinforcement depth prediction
单击夯击能/ (kN-m) 中更新世（Q2） 黄±/m 全新世（Q4）、晚更 新世(Q3)黄±/m1 000 ~2 000 - 3 53 000 4 000 2 000 3 000 - - 5 6 6 75 000 6 000 4 000 5 000 7 8 - 7 8 6-87 000 8 500 8-10 9 12
我国常用的湿陷性黄土地基处理方法主要有3种：换填法、机械加密法和化学加固法.
2.2强夯能级
效果的关键指标.单击夯击能是夯锤质量与夯锤 强夯能级是满足强夯处理厚度，保证强夯处理提高后的落距的乘积.一般情况下强夯能级要根据工程要求的有效加固深度来确定.我国目前采用的最大单击能为15000kNm.
2.3夯击数
在强夯过程中，各个夯点的夯击次数也是强夯设计的重要参数，夯击次数需要考虑综合因素的影响，由最后2次夯击夯点的平均沉降量、正式开始夯击前的试夯击数和夯沉量的关系曲线、夯坑周围地 面的隆起程度等综合确定.
3不同强夯能级下设计参数之间的关系
在不同的强夯能级下，设计参数之间呈现出不同的变化效果.通过以5000kNm和10000kNm两个强夯能级所做的试验为例分析夯沉量、动应力 与夯击数的关系.
3.1夯沉量与夯击数的关系
5000kNm和10000kNm强夯能级下的单击夯沉量和累积夯沉量如图1，2所示.
图1不同强夯能级下的单击夯沉量
Fig. 1 Settlement per tamping in different energy levels
图2两个强夯能级下的累积夯沉量Fig. 2 Cumulative settlement in different energy levels
由图1可知，第1击时单击夯沉量最大，随着夯击数增加，单击夯沉量逐步减小.而单击夯沉量随夯击数减小的速率在一开始很快（此现象强夯能级 越大越明显），而后随着夯击数的增大而明显减缓，直到趋于稳定.
由图2可知，累积夯沉量随着夯击数的增大面逐渐增大，而随着夯击数的逐步增加，累积夯沉量增加的幅度承额小.
3.2动应力与夯击数的关系
4工程实例分析
4.1工程概况
4.2工程地质条件
5000kNm能级下在13击后趋于恒定值，10000kNm能级下在17击后趋于恒定值.数据说 明在特定的夯击能下都有一个最佳夯击数，当夯击数超过这一最佳值后，强夯的效率便会显著降低.
图3为强夯能级为5000kNm和10000kNm是土层深度. 下的动应力随着强夯击数的变化曲线.图中的：值
图3动应力随着强夯击数的变化曲线Fig. 3 Dynamic stress curve with tamping times
由图3可知，当采用能级为5000kNm的强夯时，随着夯击数的增加，在土层深度为1.6m的地方动应力最大，1.6m以下土层的动应力逐渐减小最后趋于零，而当能级为10000kNm时，土层深度3.2m 处动应力最大，3.2m以下土层的动应力逐渐减小直至趋于零.随着夯击数增加，土体被加固密实，土体从上至下加固效果逐渐降低.
强夯能级10000kNm时的最大动应力显著大度处，强夯能级10000kNm的最大动应力也显著 于强夯能级5000kNm时的最大动应力.在相同深大于5000kNm时的最大动应力，但是随着深度的增加，在两个强夯能级下的动应力差值逐渐减小.
某厂房位于豫西地区，主体为框架结构，高20.0m，基础埋深-3.60m，采用强夯法处理地基.
地.场地内各土层从上到下的分布为：1耕地土， 根据工程勘察报告，该场地地貌单元属H级场褐色，土质不均匀，硬塑，稍湿，层厚0.30-0.80m；②黄土状粉质黏土，淡黄色，土质均匀，密实度为稍密到中密，稍湿，含少量砂砾，大孔隙，土质疏松，稍温，强烈中等湿陷性，层厚1.80-2.70m；③黄土状 粉质黏土，土质均匀，有孔隙，含少量白色网状条纹及钙质小结核，夹有薄层条带红黏土，干到稍湿，硬
表2地基土物理力学指标
Table 2 Physical and mechanical indexes of foundation soil
土的干 土粒土的饱 液限 液限 液性 塑性 压缩 压缩 湿陷深度/m 探井 含水率 /% (kNm2) 重度y/ (kNm-) 密度y 密度 G/ 和度 $ / 孔腺 比e a/ 指数 . 指数 E2/ 模量 a-2 系数 系数 &.1.0 15.5 15.2 13.2 (gm-²)% 2.71 40 1.053 29. 7 17. 9 <0 11.8 mPa 2.9 0.70 MPa 0. 001夯 2.0 15.3 14. 6 12.7 2.71 37 1. 134 29.8 17. 8 <0 12.0 1.3 1.54 0. 025天 3.0 4.0 17.8 20.9 14.5 15.3 12.3 12.7 2.71 2.71 40 37 1.203 1. 134 30.2 29. 3 18.2 17.7 8 <0 12.0 11.6 3.0 1.7 0.69 1.29 0.028 0.051然 5.0 6.0 22.0 21.9 15.9 15. 5 12.7 13.0 2.72 2.71 52 55 1.142 1.092 32. 5 31. 9 19.0 18.8 0.22 0.24 13.5 13. 1 2.3 2.9 0.93 0.72 0.019 0. 0017.0 21.9 16.8 13.8 2.71 62 0.964 31. 1 18.5 0.27 12.6 7.8 0.25 0. 006后 2.0 1.0 18.2 22.0 00 19. 1 16. 9 15.7 2.72 2.72 82 82 0.604 0. 726 - - - - - - 15.9 17.1 0.10 0. 10 0.000 0. 000地 基 3.0 4.0 23.2 22.6 17.8 16. 7 14. 4 13.6 2.71 2.72 71 61 1.000 0. 889 - - 15.6 8.9 0. 12 0.22 0. 003 0. 0015.0 23.1 16. 8 13.6 2.71 63 0.993 - - - 7.5 0.26 0. 007 塑，中等湿陷性，层厚3.30-3.90m；④黄土，黄色，土质均匀，湿，软塑状，有大量针状孔隙并有大孔隙，无湿陷性，层厚3.30-4.90m. 之后深度的土层均不具有湿陷性.本场地性质属于非自重湿陷性黄土场地.设计要求强夯后地基承载力特征值为190kPa.基础下4.0m深度内黄土的湿陷性全部消除. 4.3强夯处理效果 强夯处理完成后，从夯面向下开挖并取原状土样，测试可获得地基土的物理力学指标，其结果如表2所示.根据《地基处理手册》中规定的实测夯0.015；干密度p≥1.44g/cm²；承载力特征值f≥ 实厚度的下限深度的判定标准：湿陷系数6190kPa，该项指标满足设计要求.
4.4工程实例中几个间题的讨论
4.4.1夯后地基物理力学性质分布规律
地基土夯后干密度和承载力特征值随深度变化如图4，5所示.
依照前述的夯实厚度下限深度的判定标准，按厚度范围内的土层在深度方向上由地表向下等分 照强夯法处理后的土层物理力学性质指标将夯实为3层，3层的厚度各分别占夯实厚度的1/3，其密实度上层最坚硬密实，中层次之，下层最为松软.
图4期孵数示的实测结果显示，夯后地基土
图4夯后土的干密度随深度变化
Fig.4 Soil dry density varies with depth after dynamic paction
图5强夯土承载力特征值随深度的变化Fig 5 Variation of soil bearing capacitycharaeteristic value with depth
基土的密度随深度的加深面减小的速率很快，对于 的密度和地基承载力随深度加深而逐渐减小.地含水率不同的地基土，上层土不同含水率土的密度差距较大，介于1.6-1.8g/cm²，而随着深度的加深，不同含水率土的密度差距逐步缩小，达到夯实厚度的下限时，地基土的密度都在1.5g/cm²左右，基本符合土的密度>1.44g/cm²的要求.面对于地 基土的承载力，不同含水率的表层地基土的承载力相差很大.
在特定的夯击能下，总有一个深度是强夯影响
的临界深度；如果该临界深度没有达到处理要求，则需要提高夯击能，如果该临界深度超过了要处理 的地基的深度范围，则说明夯击能太大.
4.4.2夯实厚度与处理厚度的换算
在国内外有关强夯法地基处理的应用中均采用有效加固深度作为“强夯处理厚度”的设计指标.强夯处理厚度实际上就是设计要求的经过强夯处 理后的地基土的厚度与估算的强夯前后地基土的沉降量之和.
由于在设计过程中需要进行强度和变形计算，这时就需要考虑强夯起始状态和强夯终止状态两 者之间的差别进行计算，从强夯法处理地基的终止夯面标高起至夯实层底面的高度作为有效加固深度显然更为方使，即采用“夯实厚度“作为有效加固深度有利于设计计算（见图6）.
图6强夯处理地基厚度
Fig. 6 Foundation soil thickness after dynamiepaction
由图6可以看出，采用夯实厚度作为设计指标更为明确，在强夯结束后只要测量几个面的标高就可通过计算得到夯实厚度.夯实土层的顶面标高 即是基础的底面标高（强夯处理结束的基础面高度），可以同时表示基础下地基已经处理的厚度以及控制终止夯面标高.
层的密实度，从而增加土体的压缩模量、承载力等 通过夯击的方法减小土体中孔隙体积，增加土特性的过程就是强夯法处理湿陷性黄土的实质.因此，强夯后地基土的这些物理力学性质指标的改善能够直接反映出强夯的效果.
4.4.3夯击能级与夯实厚度的关系
夯实厚度是根据拟建设工程对地基承载力和抗变形能力的要求，确定建（构）筑物基础底面以下需要强夯处理的湿陷性黄土地基土的厚度.夯实厚度与夯击能级密切相关.在含水率符合要求的情况下，强夯能级越高则夯实厚度也就越大.
强夯法处理湿陷性黄土地基基础的成效主要表现为2个方面：①1夯实厚度满足设计要求：②终券面标高与面标高一致，能够减少土方的挖
5结语
参考文献：
填、节约工期、节省造价.当选用夯锤底面积≥4.5m²，锤底静压力20-40kPa，有排气孔，主夯间距 为1.2-2.0d（d为夯锤直径），合理选择强夯遍数及击数，在地基土含水率=8%-24%的施工前提下，对于黄土状粉质黏土来说，夯实厚度与夯击能级的关系如表3所示.
表3夯击能级与夯实厚度的关系
Table 3 Relationship between tamping energy level and
pacted thickness夯击能级/（kNm） 1 000 1500 1900 2 500夯实厚度平均值/m 夯击能级/（kNm） 3.49 3 000 4000 4.74 6500 5. 00 5.50 8000夯实厚度平均值/m 5. 74 6.20 7.30 8.33
对于粉质黏土为主的地基强夯能级的选取可按照表4中给出的取值选用.对湿陷性黄土地基 （粉土为主），根据经验在相同强夯能级下夯实厚度应适当增加0.5-1.0m.
表4粉质黏土为主的强夯地基夯击能级选用
Table 4 Tamping level selection of silty
设计夯实 clay foundation soil kN厚度/m 3. 0 3.54.04.55.0 5.56.0土最造宜 层 - 1 000 1 200 1 500 2 000 3 000水较适宜 - 1 000 1 2001 500 2 000 3 000范较差10001200150020003000
强夯法处理湿陷性黄土能够有效减小土体孔隙，提高地基土的密实度、压缩模量和承载力，降低 地基土的渗透性，是一种处理湿陷性黄土地基的有效方法.
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