摘要：為消除濕陷性黃土濕陷性，提升地基承載力，文章提出采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處治。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治方案，并在完工后采用靜荷載試驗(yàn)開(kāi)展單樁承載力和樁間土承載力檢測(cè)，計(jì)算得出各試驗(yàn)點(diǎn)地基承載力特征值均＞200 kPa，達(dá)到了要求。另外，完工后濕陷性黃土地基孔隙比明顯下降，干容重和壓縮模量提高，地基土濕陷性基本消除，承載力明顯提升，說(shuō)明采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土地基；孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法；靜荷載試驗(yàn)；樁間土

中圖分類(lèi)號(hào)：U418.5 A 24 074 3

0 引言

山西省內(nèi)黃土分布廣泛，很多地區(qū)的黃土具有濕陷性，對(duì)公路施工會(huì)造成一定程度的危害。濕陷性黃土遇水后強(qiáng)度下降，路基結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大沉降［1］，因此公路施工前必須對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行加固處理。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，山西省大約有50%的公路路基途經(jīng)濕陷性黃土路段。以往公路工程建設(shè)施工過(guò)程中，在濕陷性黃土的處治方面積累了大量的施工經(jīng)驗(yàn)［2］。但是各個(gè)地區(qū)濕陷性黃土的性質(zhì)存在一定的差異，必須因地制宜制定加固方案，提升處治效果。常用的濕陷性黃土處理方法有強(qiáng)夯法、超挖換填法、沖擊壓實(shí)法和灰土擠密樁處治等［3］。為滿(mǎn)足不同類(lèi)型濕陷性黃土的加固處治要求，根據(jù)濕陷性黃土的成因、工程特性等各方面因素制定處治方案，工后采取措施進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。本文結(jié)合某高速公路濕陷性黃土地基加固處治施工實(shí)踐，采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法進(jìn)行處治，工后采用靜載荷試驗(yàn)對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，確定處治效果。

1 工程概況

山西省內(nèi)某高速公路采用雙向六車(chē)道設(shè)計(jì)，整體式路基設(shè)計(jì)寬度為33.5 m，分離式路基設(shè)計(jì)寬度為16.75 m，其中行車(chē)道寬度為3.75 m，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為100 km/h。設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)，橋梁涵洞設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100，地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g。該道路為山西省內(nèi)重要的運(yùn)煤通道，可有效減輕城市周邊的交通運(yùn)輸壓力。另外，該高速公路的建設(shè)還有利于加強(qiáng)交流、繁榮商品流通，有利于周邊旅游事業(yè)的發(fā)展，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

高速公路所處區(qū)域?yàn)榇箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，春季干旱少雨多風(fēng)；夏季炎熱多雨，其中7～8月份為雨季，降雨量較大；秋季晴朗少雨晝夜溫差較大；冬季寒冷多風(fēng)降雨較少。該地區(qū)年最冷月份出現(xiàn)在1月，最低氣溫為-21 ℃，最熱月份為7月，最高溫度可達(dá)到39 ℃。公路沿線(xiàn)途經(jīng)黃土地區(qū)，其中K66+385～K75+200段為濕陷性黃土路段。該施工區(qū)域黃土主要為第四紀(jì)更新世的馬蘭黃土狀土，黃土層中垂直裂隙發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，K66+385～K85+200段黃土濕陷等級(jí)為中等。該路段濕陷性黃土層厚度為8.5～10 m，路基填筑高度為3～6 m。為提升該路段濕陷性黃土地基承載力，必須采取措施進(jìn)行加固處治，擬采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法進(jìn)行處治，并在施工現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)臨時(shí)排水設(shè)施，做好排水處理。

2 濕陷性黃土地基孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治方案

2.1 孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治方案

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法簡(jiǎn)稱(chēng)DDC樁法，是在強(qiáng)夯技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，按照“動(dòng)力固結(jié)”機(jī)理對(duì)濕軟地基進(jìn)行處治［4］，通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)采用重錘夯擊成孔，然后在孔內(nèi)回填素土、灰土等材料，最后使用異型重錘自下而上分層夯實(shí)孔內(nèi)填料，形成穩(wěn)定的樁體，可有效提升地基土變形模量，降低沉降，地基承載力可提升2～9倍?？變?nèi)填料在重錘夯實(shí)作用下，進(jìn)一步擠密樁孔周邊土體，進(jìn)一步提升地基土和樁體復(fù)合地基結(jié)構(gòu)抗變形能力［5］，進(jìn)而提升了地基土密實(shí)度和抗剪強(qiáng)度，有效改善地基土變形特性，提升地基承載力。

在施工現(xiàn)場(chǎng)選取K72+300～K72+400段作為試驗(yàn)路段，長(zhǎng)度為100 m。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察，得出試驗(yàn)段地基土物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

試驗(yàn)段濕陷性黃土地基采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法加固處治，主要施工方案如下：該項(xiàng)目試驗(yàn)段孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)樁徑為d=1.0 m，樁長(zhǎng)為11 m，樁間距為4.5 m，采用正三角形布置，加固區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)路基寬度范圍，并向兩側(cè)延伸≥2 m。填料選擇2∶8灰土，石灰粒徑控制在10～20 mm，土顆粒粒徑不超過(guò)樁孔直徑的1/8，有機(jī)質(zhì)含量≤10%。隨拌隨用，按施工進(jìn)度制備，放置時(shí)間應(yīng)≤24 h。嚴(yán)格控制灰土填料含水量，雨淋后不得使用。重夯機(jī)重錘質(zhì)量為10 t，回填前先對(duì)孔底進(jìn)行空夯，然后分層填筑，分層夯實(shí)。嚴(yán)格控制單次填料用量和錘擊次數(shù)，保證夯實(shí)質(zhì)量?？變?nèi)深層強(qiáng)夯法樁體施工完成后，挖除樁頭后全幅強(qiáng)夯一遍，夯實(shí)能≥1 000 kN·m。強(qiáng)夯后整平采用16 t重型壓路機(jī)碾壓＞5遍，然后分層攤鋪300 mm后灰土墊層。

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治濕陷性黃土地基效果分析/楊姣姣

2.2 確定夯擊次數(shù)

在K72+300～K72+400段試驗(yàn)段內(nèi)選取5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于K72+316、K72+342、K72+358、K72+374和K72+395斷面。按照上述孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法施工方案進(jìn)行試夯，在夯擊過(guò)程中觀(guān)測(cè)得到沉降量，整理觀(guān)測(cè)結(jié)果如表2所示。

分析表2數(shù)據(jù)可知，在夯擊5遍以前，沉降量隨夯擊次數(shù)的增加而大幅增加，5遍以后沉降增速趨緩。隨夯擊次數(shù)的增加沉降量隨之增加，但二者之間沒(méi)有明顯的線(xiàn)性關(guān)系。夯擊7遍后相鄰兩擊的沉降量＜30 mm，因此確定夯擊次數(shù)為8擊，具體根據(jù)強(qiáng)夯施工過(guò)程中沉降觀(guān)測(cè)結(jié)果確定。另外，在強(qiáng)夯施工過(guò)程中，應(yīng)注意控制夯錘落地位置，防止夯錘傾斜產(chǎn)生躍變現(xiàn)象。

3 濕陷性黃土地基處治效果檢測(cè)分析

3.1 靜荷載試驗(yàn)方案

該項(xiàng)目采用靜荷載試驗(yàn)對(duì)濕陷性黃土地基孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法加固效果進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)段復(fù)合地基承載力檢測(cè)共開(kāi)展了6組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)包括一組單樁靜荷載試驗(yàn)和一組樁間土靜荷載試驗(yàn)。

3.1.1 單樁靜荷載試驗(yàn)方案

先后選取6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，在有代表性的測(cè)樁上開(kāi)展單樁靜荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)最大荷載為600 kN，共分9級(jí)加載，其中一級(jí)加載荷載為120 kN，而后每增加一級(jí)荷載即增加60 kN。在加載過(guò)程中對(duì)樁頂沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集繪制荷載-沉降量（P-S）曲線(xiàn)，分析確定單樁地基承載力特征值。

3.1.2 樁間土靜荷載試驗(yàn)方案

同樣選取6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，在有代表路段樁間開(kāi)展靜荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)最大荷載為400 kN，也分9級(jí)加載，其中一級(jí)加載荷載為80 kN，而后每增加一級(jí)荷載即增加40 kN。在加載過(guò)程中對(duì)地基頂面沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集繪制荷載-沉降量（P-S）曲線(xiàn)，分析確定樁間土地基承載力特征值。

3.1.3 復(fù)合地基承載力計(jì)算方法

該項(xiàng)目孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁間距S=4.5 m，計(jì)算得出等效影響圓直徑de=1.05，S=4.725 m。直接通過(guò)靜荷載試驗(yàn)確定復(fù)合地基承載力難度較大，因此通過(guò)靜荷載試驗(yàn)分別確定單樁和樁間土承載力特征值fpk和fsk，按式（1）計(jì)算確定復(fù)合地基承載力fspk，計(jì)算公式如下：

fspk=mfpk+（1-m）fsk（1）

式中：m——面積置換率，m=d2/（1.05 s）2=0.045。

3.2 單樁靜荷載試驗(yàn)結(jié)果分析

按照靜荷載試驗(yàn)規(guī)程開(kāi)展試驗(yàn)，各試驗(yàn)段單樁靜荷載試驗(yàn)結(jié)果和樁間土靜荷載試驗(yàn)結(jié)果如圖1和下頁(yè)圖2所示。

分析圖1和圖2可知，在試驗(yàn)荷載達(dá)到最大值時(shí)，單樁和樁間土P-S曲線(xiàn)均沒(méi)有出現(xiàn)明顯的比例界線(xiàn)點(diǎn)，即試驗(yàn)荷載未達(dá)到極限荷載，因此取S/d=0.01，即沉降量S=7.05 mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載值作為承載力特征值。按照上述計(jì)算方法，單樁承載力fpk、樁間土地基承載力fsk和復(fù)合地基承載力fspk特征值計(jì)算結(jié)果如表3所示。

分析表2數(shù)據(jù)可知，采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治后，濕陷性黃土地基承載力得到了明顯提升，各試驗(yàn)點(diǎn)地基承載力均超過(guò)了200 kPa，最小值為220 kPa，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治可有效消除濕陷性黃土的濕陷性，提升地基承載力。

3.3 樁間濕陷性黃土地基擠密效果分析

為確定濕陷性黃土地基加固后樁間土的濕陷性，完工后在施工現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)樁間土的濕陷系數(shù)和其他物理力學(xué)指標(biāo)。濕陷性黃土地基加固處治后，在試驗(yàn)段分別選取試驗(yàn)點(diǎn)，開(kāi)挖18個(gè)探槽，對(duì)不同深度、不同位置的復(fù)合地基樁間土進(jìn)行取樣，先后取樣150份原狀土樣，進(jìn)行濕陷性檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

分析表3所示試驗(yàn)結(jié)果，得出全部土樣的濕陷系數(shù)均＜0.015，說(shuō)明采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治后絕大多數(shù)地基土的濕陷性被消除。另外，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治后樁間土孔隙比大約下降了21.4%，干重度提高了22.9%，壓縮模量提高了501.8%，說(shuō)明處治后地基土壓縮性明顯下降，密實(shí)度顯著提升，地基承載力得到了有效提升。

4 結(jié)語(yǔ)

以某高速公路濕陷性黃土地基為研究對(duì)象，根據(jù)地基勘察結(jié)果制定孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法加固方案，并在完工后開(kāi)展靜荷載試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)探孔取樣試驗(yàn)，分析試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)單樁承載力和樁間土靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算得出各試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值均＞200 kPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（2）分析樁間土探孔土樣試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，可知加固處治后地基土的壓縮性明顯下降，消除了地基土的濕陷性，提升了濕陷性黃土地基的承載力。

總之，采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處治后有效消除了地基土的濕陷性，地基承載力明顯提升，達(dá)到了預(yù)期加固效果。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2023-07-12