張靈杰

（山西交通實業(yè)發(fā)展集團有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

濕陷性黃土在壓實后可以達到一定的強度，但浸水后強度迅速下降，結構破壞產(chǎn)生沉降變形，甚至造成路基路面整體結構的破壞。重夯法是通過將重錘提升到一定高度自由落下，將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，沖擊地面達到加固地基的目的[1]。這種方法施工速度快、加固效果好、經(jīng)濟性好，被廣泛應用在濕陷性黃土地基加固處治中。結合岢臨高速公路濕陷性黃土地基重夯法處治施工案例，建立試驗段，開展試驗對Ⅱ級非自重濕陷性黃土地基采用重夯法處治效果進行分析，為后續(xù)施工提供參考依據(jù)。

1 濕陷性黃土重夯法加固機理

與強夯法相比，重夯法的夯錘質(zhì)量較小，主要用于淺層地基的加固[2]。重夯法是利用夯實機械將重錘提升到一定高度，然后以自由落體的形式下落，對濕陷性黃土地基進行沖擊和壓實，在強大的沖擊力作用下壓縮地基土，提高強度，消除濕陷性。作用在地基上部的夯擊能主要由壓縮波、剪切波和瑞利波組成[3]，壓縮波的作用是提高地基土的孔隙壓力，使土壤顆粒產(chǎn)生移動，剪切波的作用是使地基土產(chǎn)生橫向位移，在瑞利波與剪切波的共同作用下將地基土壤壓實。

重夯法對濕陷性黃土地基的壓實可分為以下4個階段[4]：階段一是夯擊能轉(zhuǎn)換，排出土體中的空氣，提高孔隙水壓力，將地基土壓實擠密；階段二是在夯擊能的作用下使土體液化，結構破壞，強度降低；階段三是土體滲透性能改變，地基土排水固結，密實度和強度提高；階段四是在夯擊能的作用下地基土內(nèi)部的自由水變成薄膜水，土體進一步被擠密，強度進一步得到提升。

在巨大的沖擊力作用下，將濕陷性黃土地基原來的結構破壞，改變了土體結構排列形式，縮小了土壤顆粒之間的距離，使土體結構更加緊密，提高了土體的強度，進而提高了地基承載力。

2 依托項目簡介

岢臨高速公路設計全長124.071 km，采用雙向四車道，設計車速80 km/h。該地區(qū)為大陸性半干旱氣候，地勢起伏較大，各地區(qū)溫差較大，雨季主要集中在夏季，冬季干燥少雨雪。高速公路沿線分布有濕陷性黃土地基，其中兩段分別為K96+900—K96+987段、K108+660—K108+770段。這兩段濕陷性黃土地基主要組成成分為灰黃色粉土和粉砂土，孔隙率大，質(zhì)地均勻，疏松，具有弱-中等濕陷性。重夯前，在施工現(xiàn)場進行取樣開展室內(nèi)試驗，試驗檢測結果如表1所示。據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025—2018）中對黃土濕陷性等級的相關規(guī)定，計算確定濕陷性等級為Ⅱ級非自重濕陷，土層厚度為4～7 m。該路段路基填筑高度超過4 m，按照設計要求，采用重夯法進行濕陷性黃土地基處治，處治寬度為填方坡腳以外3 m范圍內(nèi)。

表1 地基土樣室內(nèi)試驗檢測結果

3 重夯施工方案

3.1 建立試驗段

為了按計劃工期完工，準確確定重夯施工參數(shù)，有效提高地基承載力，正式施工前建立試驗段進行試夯。該路段試驗段選擇K96+900—K96+930，試驗段長度為30 m，通過試夯確定落錘高度、夯擊遍數(shù)等施工參數(shù)，合理選配施工機械，制定施工方案。

3.1.1 夯點布置

夯擊前通過施工放樣確定路堤坡腳3 m以外的第一個點，用白灰標記，然后以第一個點為基準確定其他夯點，并測定各夯點高程。試驗段單點夯擊能600 kN·m，每個夯點夯擊6次，試驗段夯點平面布置如圖1所示。為了保證處治效果，以最后一擊沉降小于2 cm作為控制標準。如果達到夯擊次數(shù)沉降量不能滿足要求，應重新試夯確定落距和夯擊次數(shù)，必要時調(diào)整夯錘質(zhì)量。

圖1 夯點平面布置圖（單位：m）

3.1.2 施工機械選配

試驗段重夯處治施工選用YTQU50重夯設備1臺、直徑為2 m的10 t夯錘一個，配合重夯施工的機械設備包括推土機1臺、挖掘機1臺、灑水車1臺等。重夯設備最大提升高度為9 m，夯錘底部有4個直徑為200 mm的排氣孔。

3.2 試夯

按照上述施工方案，對濕陷性黃土地基進行重夯，每個夯點夯擊次數(shù)為6次，落距為8 m，每兩次夯擊間隔時間為7 d。夯點夯擊采用滿夯，夯痕搭接不小于1/2D。試夯控制單個夯點夯擊次數(shù)不少于6次，最后一擊沉降量不大于2 cm。

分析表2數(shù)據(jù)，可以得出采用現(xiàn)施工方案對濕陷性黃土地基進行重夯處治，每個夯點夯擊次數(shù)達到6次后沉降量均小于2 cm，且總沉降量十分接近。分析圖2夯沉量曲線變化趨勢，隨著夯擊次數(shù)的增加，各夯點沉降量不斷變小，沉降速度不斷下降，且達到第5擊后曲線基本趨于平緩，說明地基沉降已基本穩(wěn)定。因此，綜合分析后，該施工方案可以滿足濕陷性黃土地基加固處治的要求，方案可行。

表2 地基夯點沉降觀測記錄

圖2 地基夯沉量隨夯擊次數(shù)變化曲線

4 地基重夯效果檢測與分析

4.1 土樣室內(nèi)試驗檢測結果分析

重夯試驗完成后，進行現(xiàn)場取樣并對土樣的濕陷系數(shù)、含水率等進行檢測，結果見表3。

表3 重夯后地基各深度土樣檢測結果

分析表3數(shù)據(jù)，與重夯前的土樣檢測結果（表1）相比，重夯處治后濕陷性黃土地基的各項指標得到較大改善，重夯后土樣濕陷性系數(shù)均小于0.015，大大降低了土體的濕陷性。另外，通過分析不同深度土樣的檢測結果，地基以下4 m范圍內(nèi)的土樣濕陷性均明顯下降，遠低于0.015。分析不同深度土樣的含水率和干密度變化，含水率有所下降，干密度明顯提高，說明夯實后部分水分被排出，地基土密實度提高，進而提高了地基土的強度。說明采用重夯處治后地基土濕陷性明顯下降，土樣強度和穩(wěn)定性明顯提高。

4.2 夯沉量檢測結果分析

為了確定夯沉量與夯擊次數(shù)之間的關系，在施工現(xiàn)場選取3個夯點開展試驗。夯點使用白灰標記，每夯擊一次檢測一次沉降量，夯沉量隨夯擊次數(shù)變化曲線如圖3所示。

圖3 夯沉量隨夯擊次數(shù)變化曲線

分析圖3夯沉量變化曲線，隨著夯擊次數(shù)的增加，3個夯點的夯沉量增加值不斷下降，夯擊5次以后3個夯點沉降量均接近20 mm，說明已經(jīng)達到了施工要求。第6次夯擊沉降量增加幅度進一步下降，且均小于20 mm，說明夯擊次數(shù)滿足重夯的施工要求。前4次夯擊地基產(chǎn)生了較大的沉降，后2次夯擊所產(chǎn)生的沉降量較小，說明濕陷性黃土地基在夯錘沖擊力的作用下已經(jīng)達到密實，地基土的強度和承載力都得到了明顯提高，可有效抵抗完工后的變形破壞。

4.3 壓實度檢測結果分析

為了確定重夯處治后地基土密實度，在試驗段上選取兩個有代表性的測點，間隔距離為40 m，分別在重夯處治前后采用灌砂法對地基頂面以下5 m范圍內(nèi)的壓實度進行檢測，檢測結果如表4所示。

表4 不同深度地基土重夯前后壓實度檢測結果 %

分析表4壓實度檢測結果，深度在4 m以內(nèi)的地基土體重夯前后壓實度有較大幅度的增加，其中深度為4 m處地基土壓實度由原來的76%左右，增至接近93%，說明重夯后地基土的密實度得到明顯提高，進而提高了地基土的強度和承載能力，說明重夯處治對濕陷性黃土的加固效果明顯。另外，4 m以上的地基土壓實度增長幅度較小，說明重夯法對4 m以上的濕陷性黃土地基處治效果不顯著。

4.4 路堤填筑沉降監(jiān)測結果分析

為了確定重夯施工效果，分別在K96+900—K96+987段和K108+660—K108+770段各選取兩個監(jiān)測斷面，進行沉降監(jiān)測。監(jiān)測斷面分別為K96+920、K96+960、K108+700、K108+740，布置測點進行了1年的沉降觀測，監(jiān)測結果如表5所示。

表5 完工后沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

分析表5數(shù)據(jù)，可以得出各監(jiān)測斷面重夯處治后1年的累積沉降量為9 mm左右，且沉降已基本趨于穩(wěn)定，路基結構也沒有出現(xiàn)明顯的變形破壞。重夯處治半年后路堤沉降已基本穩(wěn)定，后期監(jiān)測所產(chǎn)生的變形量很小，說明這兩段濕陷性黃土地基經(jīng)過重夯處治后地基承載力得到了明顯提高，有效控制了沉降變形。

5 結語

結合岢臨高速公路Ⅱ級非自重濕陷性黃土地基重夯法處治實踐，制定施工方案，建立試驗段，通過試夯確定施工參數(shù)，并開展試驗檢測重夯前后地基土的變化情況，分析后得出以下結論：

a）分析室內(nèi)試驗檢測結果，重夯前后土樣各方面性能指標變化明顯，濕陷性系數(shù)均下降到0.015以下，地基土干密度明顯提高，含水率下降，說明重夯處治后消除了地基土的濕陷性，提高了密實度，進而使地基土的強度和穩(wěn)定性得到了提升。

b）對比分析重夯前后壓實度檢測結果，重夯前后地基表面以下4 m深度范圍內(nèi)地基土壓實度增幅明顯，說明重夯處治可有效提高地基土的密實度，對濕陷性黃土地基的加固效果明顯。

c）分析沉降觀測結果，重夯處治后前半年沉降速度較快，沉降量也較大，但半年后沉降基本穩(wěn)定，1年后兩個監(jiān)測斷面累積沉降量為9 mm左右，說明采用重夯處治后地基承載力得到了明顯提高，有效控制了沉降變形。

綜上所述，對Ⅱ級非自重濕陷性黃土采用重夯法進行加固處理，可有效消除地基土的濕陷性，提高密實度和承載能力，達到了預期效果。