張軍旗，吳彥彪，王德亮

(1.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊050031;2.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司煤制油項(xiàng)目建設(shè)指揮部，北京100011)

0 引言

近年來(lái)，強(qiáng)夯法以其工藝簡(jiǎn)單、加固周期短、相對(duì)成本低等優(yōu)越性廣泛應(yīng)用于濕陷性黃土地基的處理，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。濕陷性黃土地基采用強(qiáng)夯法處理，主要目的不外乎增加地基土的密實(shí)性、消除濕陷性、降低壓縮性、提高承載力、降低透水性，往往以消除濕陷性的有效深度作為有效加固深度。

西北某回填濕陷性黃土地基強(qiáng)夯處理項(xiàng)目，施工完成后，在設(shè)計(jì)要求的有效加固深度內(nèi)，部分區(qū)域土層濕陷性未完全消除，本文通過(guò)分析探討其原因，供同行借鑒。

1 工程概況

該項(xiàng)目地處我國(guó)西北內(nèi)陸，普遍存在濕陷性黃土，深度較深，且大面積回填區(qū)域密實(shí)度不足，處理面積170余萬(wàn)m2，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用4000～12000 kN·m夯擊能，其中一個(gè)10000 kN·m夯擊能部位，施工完成后，部分區(qū)域有效加固深度(濕陷性消除深度)僅達(dá)到7 m左右，未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求9 m的有效加固深度，濕陷性未完全消除區(qū)域見(jiàn)圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)有效加固深度內(nèi)濕陷性未完全消除區(qū)域

1.1 施工參數(shù)

主夯夯擊能10000 kN·m，間距5.5 m，正三角形布點(diǎn)，隔行分2遍完成，單點(diǎn)夯擊次數(shù)≮15擊;加固夯夯擊能5000 kN·m，在兩遍主夯夯點(diǎn)之間插點(diǎn)，單點(diǎn)夯擊次數(shù)≮8擊;滿夯夯擊能2000 kN·m，夯印搭接1/4，單點(diǎn)夯擊次數(shù)≮3擊。

1.2 強(qiáng)夯技術(shù)要求

每一夯點(diǎn)的最后兩錘的夯沉量≯50 mm;地基處理的有效深度≮9.0 m。

1.3 地層及地下水情況

①素填土(Q4ml):為原地貌低洼地段在場(chǎng)地整平時(shí)堆積碾壓而成，主要由粉土、卵石及粗礫砂組成，組成成分、密實(shí)度差別較大，均勻性差，層厚0.50～8.10 m，施工前進(jìn)行了2次回填;

②黃土狀粉土(Q3al):褐黃色，稍濕，稍密～中密，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，微孔隙與蟲(chóng)孔發(fā)育，含少量石膏等鹽類結(jié)晶物，局部夾有厚度為10～40 cm的碎石土薄層，層厚1.00～7.20 m;

②夾卵石(Q3al+pl):灰褐～紅褐色，中密～密實(shí)，母巖成分主要為石英砂巖，微風(fēng)化，亞圓狀，卵石普遍粒徑在20～50 mm，局部夾漂石，粒徑達(dá)200 mm，充填物主要為粉土、礫砂，級(jí)配良好，局部為圓礫和礫砂，局部地段分布，層厚2.00～3.30 m;

③黃土狀粉土(Q3al):褐黃色，稍濕，中密～密實(shí)，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，微孔隙與蟲(chóng)孔發(fā)育，含少量礫石，局部包含少量石膏等鹽類結(jié)晶物，該層局部地段分布，層厚0.60～6.30 m;

③夾卵石(Q3al+pl):灰褐～紅褐色，密實(shí)，母巖成分主要為石英砂巖，微風(fēng)化，強(qiáng)度高，亞圓狀，卵石普遍粒徑在20～50 mm，局部夾漂石，粒徑達(dá)500 mm，充填物主要為粉土、粗礫砂，級(jí)配良好，局部為圓礫和礫砂，層厚0.50～5.50 m;

④1強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(E):棕紅～褐黃色，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化，巖心呈砂礫狀或土柱狀，手可捻碎，浸水極易崩解與軟化，強(qiáng)度低，層厚0.50～3.50 m;

④2中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(E):棕紅～褐黃色，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，中風(fēng)化，巖心呈土柱狀，手可捻動(dòng)，浸水極易崩解與軟化，強(qiáng)度低，區(qū)域地質(zhì)資料顯示該層厚度＞50.0 m。

在鉆探揭露深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水。

2 原因分析

2.1 夯擊能量和夯擊次數(shù)

夯擊能量和夯擊次數(shù)是影響有效加固深度的首要因素，事情發(fā)生后，經(jīng)查驗(yàn)施工記錄，夯擊能量和夯擊次數(shù)能夠完全符合設(shè)計(jì)要求。本區(qū)域進(jìn)行了6000 kN·m試夯(未進(jìn)行10000 kN·m試夯)，有效加固深度為6.4 m，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79－2002)6.2.1款，“強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，在缺少試驗(yàn)資料或經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按表6.2.1預(yù)估”，由此推斷本區(qū)域10000 kN·m夯擊能有效加固深度見(jiàn)表1。

表1 推斷本區(qū)域10000 kN·m夯擊能有效加固深度

由表1可知，本區(qū)域10000 kN·m夯擊能所能消除濕陷性的有效加固深度約為7.4 m，與實(shí)際部分區(qū)域有效加固深度約7.0 m接近，由此初步推斷夯擊能選取小是未能達(dá)到設(shè)計(jì)有效加固深度的主要原因。為慎重起見(jiàn)，決定在該區(qū)域北側(cè)未夯區(qū)域選取一塊地層基本接近的場(chǎng)地，按照原強(qiáng)夯施工參數(shù)進(jìn)行一組對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)外對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，此區(qū)域消除濕陷性的有效加固深度應(yīng)為7 m左右，設(shè)計(jì)夯擊能選取偏小是未能達(dá)到有效加固深度的主要原因。

2.2 地基土的含水量

大量實(shí)踐資料顯示，地基土含水量的適宜性也是影響濕陷性黃土強(qiáng)夯有效加固深度的主要因素。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本區(qū)域天然含水量2.7% ～12.1%，且多為2.7% ～5%，最優(yōu)含水量約為17.0%，根據(jù)《強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基技術(shù)規(guī)程》(DBJ 61－9－2008)3.1.5款，勉強(qiáng)處于“可采用”強(qiáng)夯的土層含水量范圍;場(chǎng)外對(duì)比試驗(yàn)①層素填土含水量偏高，經(jīng)處理后的土體濕陷性相對(duì)較低，也反映出含水量因素對(duì)強(qiáng)夯效果的影響程度。故地基土的含水量偏低，也是未能達(dá)到設(shè)計(jì)有效加固深度的主要原因。

2.3 不同土層的厚度及埋藏順序

經(jīng)查閱場(chǎng)區(qū)早期地形地貌資料，對(duì)照巖土工程勘察報(bào)告，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)有效加固深度內(nèi)濕陷性未完全消除區(qū)域早期地貌是個(gè)“沖溝”，設(shè)計(jì)有效處理深度以下仍然存在著深厚濕陷性黃土層，如圖2所示，由于松散層壓縮模量相對(duì)較小，在上部荷載P作用下，土體會(huì)產(chǎn)生明顯塑性變形，即產(chǎn)生壓縮變形量h2，夯沉量H2為待處理的濕陷性土層壓縮變形量與下臥松散層壓縮變形量之和;因上部為濕陷性土層，下部為松散土層，夯沉量變大，松散下臥層吸收并消耗了大量能量，大大削弱了夯擊能有效作用的發(fā)揮，嚴(yán)重降低了上部土體的強(qiáng)夯處理效果。

圖2 下臥層為松散層時(shí)強(qiáng)夯效果示意圖

而設(shè)計(jì)有效加固深度內(nèi)濕陷性完全消除區(qū)域，設(shè)計(jì)有效加固深度下即為密實(shí)的卵石層(或基巖層)，如圖3所示，在上部荷載P作用下，卵石層不能產(chǎn)生明顯變形，消耗了很少的能量，絕大部分能量作用在了待處理的濕陷性土體上，夯沉量H1即是濕陷性土層的壓縮量，保證了設(shè)計(jì)有效加固深度內(nèi)濕陷性的消除。

2.4 回填土層的密實(shí)程度及強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)

圖3 下臥層為密實(shí)卵石層時(shí)強(qiáng)夯效果示意圖

施工前本區(qū)域進(jìn)行了2次回填平整，尤其設(shè)計(jì)有效加固深度內(nèi)濕陷性未完全消除區(qū)域，回填土松散、厚度大。土體密實(shí)度高，有效應(yīng)力傳遞的效率就高，土壓力可影響至深部土體;土體密實(shí)度低，土壓力在向下傳遞過(guò)程中，上部土體首先被壓密，土粒充分接觸，有效應(yīng)力增大到一定程度時(shí)才能進(jìn)一步影響下部土體。因此，對(duì)于小能量強(qiáng)夯，“淺層密實(shí)層”將影響能量的深層傳遞，但對(duì)于大能量強(qiáng)夯，相對(duì)松散的土體要消耗更多的能量，上部松散土層的存在，制約了土顆粒間的有效應(yīng)力傳遞，致使設(shè)計(jì)有效加固深度內(nèi)存在土層濕陷性未完全消除的現(xiàn)象。故本區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)選取時(shí)，未考慮先選取中能量強(qiáng)夯，再進(jìn)行大能量強(qiáng)夯，沒(méi)有達(dá)到理想的處理效果。

3 幾點(diǎn)體會(huì)

地基土有效加固深度的影響因素，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79－2002)提到了夯錘重和落距(夯擊能)、夯擊次數(shù)、錘底單位壓力、地基土性質(zhì)、不同土層的厚度及埋藏順序、地下水位等，實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)試夯場(chǎng)地選取時(shí)，應(yīng)充分考慮上述分析的影響因素，選取有代表性的薄弱地段進(jìn)行試夯，方可獲得可靠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù);

(2)地基土的含水量對(duì)于消除濕陷性的有效加固深度影響很大，應(yīng)引起足夠重視;

(3)有效加固深度下埋藏土的密實(shí)程度也是影響強(qiáng)夯處理效果的重要因素;

(4)選取強(qiáng)夯參數(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮回填土層的密實(shí)程度，選擇適宜的強(qiáng)夯能級(jí)，必要時(shí)選擇先小后大的組合能級(jí)強(qiáng)夯，以達(dá)到理想的處理效果。

［1］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］DBJ 61－9－2008，強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］楊天亮，葉觀寶.高能級(jí)強(qiáng)夯法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2008，25(2):54 －56.

［4］郭春平.強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土工程實(shí)踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(6):59 －61.

［5］夏世龍，李利俠，陳惠芳.強(qiáng)夯法在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2011，40(2):63 －65.