張建軍 劉 寧

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司）

黃土是一種第四紀(jì)沉積物，主要分布于中緯度干旱、半干旱地區(qū)［1］。在我國北方地區(qū)分布了面大域廣的黃土，其中具有濕陷性的黃土面積約為45萬km2，占我國黃土總分布面積的60%以上，主要分布在甘肅、青海、陜西、寧夏、山西和河南等省、自治區(qū)［2］，濕陷性黃土厚度也從幾米到一百多米不等。

我國的濕陷性黃土大多呈黃色、褐黃色或灰黃色，成分以粉土顆粒（粒徑為0.005～0.05 mm）為主，約占60%；顆粒中含有較多的可溶性鹽類，且一般具有肉眼可見的大孔，所以黃土又俗稱大孔土。

1 濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

柔性填埋場是填埋固體廢棄物的大型堆場，主要由地基層、防滲層、滲濾液收集層和填埋廢物組成（圖1）。填埋場內(nèi)的固體廢棄物從初始堆存到封場，廢物堆高可從十幾米到上百米，因此柔性填埋場地基基層需要有較好的穩(wěn)定性。

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，其土質(zhì)一般較均勻、孔隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)疏松。一般在未受水浸濕時(shí)，其強(qiáng)度高、壓縮性小，具有保持土的原始基本單元結(jié)構(gòu)形式不被破壞的能力。但在被水浸濕后結(jié)構(gòu)改變而產(chǎn)生顯著的附加下沉，對于建（構(gòu)）筑在其上的工程具有特殊的危害作用。受水浸濕只是濕陷發(fā)生所必須的外部條件，而黃土的結(jié)構(gòu)特性及物質(zhì)成分是其產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在原因。

地處干旱、半干旱區(qū)域的黃土，在季節(jié)性短期雨水過程中，將其松散干燥的顆粒黏聚起來，長時(shí)間的干旱使土中的水分不斷蒸發(fā)，少量的水分連同可溶鹽都積聚在粗粉粒的接觸點(diǎn)處，并逐漸濃縮沉淀成膠結(jié)物。這些因素增強(qiáng)了土粒之間的抗滑移能力，阻止土體的自重壓密，形成了以粗顆粒為主體骨架的多孔隙結(jié)構(gòu)。

黃土在受水浸濕以后，可溶鹽溶于水，土體骨架強(qiáng)度降低，土體在自重應(yīng)力或附加應(yīng)力與自重應(yīng)力綜合作用下，自身結(jié)構(gòu)遭到破壞，土粒之間的孔隙減少，黃土出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象。

黃土的濕陷性和濕陷程度通過室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)，由在一定壓力下測定的濕陷系數(shù)δs判定，判定標(biāo)準(zhǔn)見表1［3］。

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2 濕陷性黃土地基處理主要方法

濕陷性黃土地基處理的目的是為了改善黃土的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，減少黃土的滲水性和壓縮性，控制濕陷的發(fā)生，部分或全部消除它的濕陷性。濕陷性黃土地基處理方式有很多種，常用的處理方式有墊層法、強(qiáng)夯法、土狀擠密、預(yù)浸水法和樁基處理等。具體的處理方式選擇可根據(jù)地基濕陷的類型、等級以及結(jié)構(gòu)物要求等條件選用。本項(xiàng)目將重點(diǎn)探討強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基。

強(qiáng)夯法又名動(dòng)力壓實(shí)法，是將8～40 t的重錘（最重可達(dá)200 t）起吊到10～20 m的高處（最大起吊高度可達(dá)40 m），而后自由下落，利用重錘的重力勢能產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)能量，對土層進(jìn)行反復(fù)的強(qiáng)力夯實(shí)，以提高地基承載力，降低土的壓縮性和消除其濕陷性，改善地基性能。強(qiáng)夯法處理地基是20世紀(jì)60年代末由法國梅那技術(shù)公司首創(chuàng)使用的，我國于1978年開始進(jìn)行強(qiáng)夯法的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐［4］。強(qiáng)夯法由于具有加固效果顯著、施工方便簡單、效率高、工期短和投資較低等優(yōu)點(diǎn)，在全國各地得到了迅速推廣。強(qiáng)夯法根據(jù)國內(nèi)使用記錄，在錘重力為100～200 kN、自由落下高度為10～20 m，錘擊遍數(shù)為2遍的情況下，基本可消除4～6 m范圍內(nèi)土層的濕陷性。

3 強(qiáng)夯法主要技術(shù)參數(shù)和工藝流程

強(qiáng)夯法處理地基是利用夯錘自由下落后產(chǎn)生的沖擊波使下部一定深度范圍內(nèi)地基得到有效密實(shí)，在夯錘整個(gè)自由下落的過程中，也是將重力勢能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的過程。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）和《強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程》（CECS 279—2010），強(qiáng)夯法主要設(shè)計(jì)參數(shù)有夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)布置和有效加固深度等。其中有效加固深度是反應(yīng)強(qiáng)夯效果的重要參數(shù)，該參數(shù)受諸多因素影響，如錘重、落距、夯擊次數(shù)、錘底單位壓力、地基土性質(zhì)、不同土層的埋深和地下水位等。強(qiáng)夯法創(chuàng)始人Menard提出以下公式粗估強(qiáng)夯的影響深度H：

式中，M為夯錘質(zhì)量，t；h為落距，m。

鑒于強(qiáng)夯有效加固深度受諸多因素的影響，目前尚無成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，為確定達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)夯處理效果，強(qiáng)夯設(shè)計(jì)的部分參數(shù)需根據(jù)現(xiàn)場試夯或?qū)嶒?yàn)性的施工獲得，并最終確定適合現(xiàn)場土質(zhì)條件的強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)。

強(qiáng)夯法的操作工藝流程見圖2。

4 工程實(shí)例

項(xiàng)目位于蘭州市紅古區(qū)郊區(qū)的黃土殘塬溝壑中，場地地形地貌屬黃土殘塬溝壑及黃土山坡臺地，該區(qū)域具有明顯的溫帶大陸季風(fēng)氣候特征，降水偏少，日照充足，熱量比較豐富，蒸發(fā)量大，氣候干燥，晝夜溫差大。場地范圍內(nèi)地層自上而下主要為素填土、馬蘭黃土、古土壤、離石黃土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中風(fēng)化泥巖，并揭露場地黃土的埋深處于20～50 m。整個(gè)場地中馬蘭黃土層具有濕陷性，其下土層基本不具備濕陷性。場地地基土（粉土）的濕陷等級為自重濕陷性Ⅳ級（很嚴(yán)重），場地的濕陷量類型屬于自重濕陷性場地，濕陷性土層下限深度為11.0～53.0 m，濕陷性土層下限深度主要分布于30.5～45.5 m，自重濕陷量為417.0～4 164.6 mm，自重濕陷量主要分布于2 280.0～4 164.6 mm，總濕陷量為906.7～4 956.9 mm，總濕陷量主要分布于1 470.9～4 956.9 mm。

柔性填埋場屬于構(gòu)筑物，消除地基部分濕陷量的最小處理厚度要求可參照配套建筑物的等級要求。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50025—2018）［5］中的要求，建筑物地基基底部分濕陷量的最小處理厚度不小于12 m。該項(xiàng)目地基處理面積大、工期短，且地處缺水區(qū)域。墊層法一般適用于消除基底下1～3 m濕陷量，處理深度較淺；強(qiáng)夯法根據(jù)根據(jù)強(qiáng)夯能級，在土層含水量處于13%～18%，最大處理深度一般能達(dá)到7.5～8.5 m；土狀擠密和樁基一般直接作用于建筑物基礎(chǔ)下部，地基處理成本高，不適合大面積范圍的柔性填埋場；預(yù)浸水法宜用于處理自重濕陷性黃土層厚度大于10 m，且自重濕陷量不小于500 mm的場地，但耗水量大，浸水時(shí)間長，不適合工期時(shí)間短、地處缺水區(qū)域的項(xiàng)目。為提高施工效率，節(jié)約施工成本，該柔性填埋場的地基處理方式擬采用強(qiáng)夯法。

為滿足規(guī)范要求的消除地基部分濕陷量的最小處理厚度要求，擬在該場地選擇臨近的2塊20 m×20 m區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)。在強(qiáng)夯試驗(yàn)前，鑒于現(xiàn)狀馬蘭黃土層天然含水率處于8.0%左右，低于該土層的最優(yōu)含水率15.1%，試驗(yàn)擬對原狀土和最優(yōu)含水率2個(gè)工況下進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)。在同等夯擊能、夯擊次數(shù)的條件下，對比分析兩者處理濕陷性黃土地基的效果，具體強(qiáng)夯參數(shù)見表2。

試驗(yàn)區(qū)域選擇在馬蘭黃土層平均厚度在30 m深的場地上，試驗(yàn)范圍均為20 m×20 m。夯擊點(diǎn)間距取決于基礎(chǔ)布置、加固土層厚度和土質(zhì)條件等因素［5］，夯點(diǎn)梅花形布置，夯點(diǎn)中心距離為5 m。試驗(yàn)采用單點(diǎn)強(qiáng)夯，夯坑內(nèi)進(jìn)行人工取樣，取樣深度為7 m，取樣結(jié)果見圖3。

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從圖1可以得出：①強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基效果明顯，在地基處理的有效加固深度范圍內(nèi)自重濕陷性系數(shù)δs＜0.015，黃土的濕陷性已消除；②在同等夯擊能和夯擊次數(shù)的情況下，地基的有效加固深度受土體的含水率影響很大。

為保證地基濕陷性處理厚度滿足規(guī)范要求，可采用加高夯擊能的方式對地基進(jìn)行處理。但隨著夯擊能的提高，強(qiáng)夯設(shè)備性能要求更高，施工成本也將大大增加。在綜合考慮施工成本、工期和常用設(shè)備等因素，可對現(xiàn)狀地基面進(jìn)行開挖一部分，通過對原狀土和回填土的2次強(qiáng)夯，實(shí)現(xiàn)規(guī)范要求的處理深度。該方式處理簡便、成本低，但考慮回填土的工后沉降，該方式也有一定的局限性。

考慮強(qiáng)夯的有效加固深度，在處理濕陷性黃土地基中，強(qiáng)夯法更多地應(yīng)用在有效加固深度滿足規(guī)范要求處理厚度的工程。對于處理厚度要求更高的地基，則需選擇其它的處理方式。同時(shí)，針對濕陷性黃土，在地基得到有效處理后，仍需要做好地基的防水，才能保證上部建筑物的安全。

5 結(jié) 語

強(qiáng)夯法在處理濕陷性黃土地基中因處理效果明顯、施工方便、工期短和造價(jià)低等優(yōu)勢在工程中廣泛應(yīng)用。針對不同地域，濕陷性黃土的濕陷程度、濕陷性質(zhì)、顆粒組成和土體含水率等因素的不同，對強(qiáng)夯設(shè)計(jì)中相關(guān)參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯結(jié)果確定。本次采用的強(qiáng)夯設(shè)計(jì)和施工技術(shù)對濕陷性黃土地基處理，取得了理想的效果，也節(jié)省了成本和工期，對于類似工程有較好的參考意義。