强夯在湿陷性黄土中高回填区域的应用
发布者：君小豪
在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。（这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土，也有的老黄土不具湿陷性）。
二、湿陷性黄土的工程特性
湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，故在湿陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。
1.湿陷性黄土的颗粒组成
我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总重量约50～70%，而粉土颗粒中又以0．05～O．01ram的粗粉土颗粒为多，占总重约40.60%，小于0．005ram的粘土颗粒较少，占总重约14.28%，大于0．1rnm的细砂颗粒占总重在5%以内，基本上无大于0．25mm的中砂颗粒。
2.土的湿度和密度
湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉，除上述在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外，还在于土的欠压密状态，干旱气候条件下，无论是风积或是坡积和洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳。接近地表2--3米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。
湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量约在250～500ram，而蒸发量却远远超过降雨量，因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左右，或更低一些。
3.湿陷性黄土地基处理
湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。常用的地基处理方法有：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。各类地基的处理方法都应因地制宜，通过技术比较后合理选用。对于Ⅱ级以上湿陷性黄土地基处理如采用土或灰土垫层、土桩或灰土桩、桩基础预浸水法，不同程度存在工作量大、花费劳力多、施工现场占地大、工期长、造价高等缺点。近几年来，强夯法以其处理地基施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在全国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广。
三、高回填过程中土石方回填要求
土石混合的合理回填，对强夯施工整体质量起主导作用，回填物料级配控制不好，会造成整体施工区域质量不一；同样回填物料配比控制不好，会造成整体施工区域质量差，无法满足未来建（构）筑物对地基土的要求，所以，在场区回填当中，必须对回填物料的级配和配比做统一实验和安排，使强夯后的地基土达到设计要求。
1.人工填土强夯地基的填料选择应满足以下要求：
（1）级配良好的粗粒料；
（2）以粉质粘土、粉土混合石料作为填料时，其最优含水量可采用重型击实试验确定；
（3）潮湿多雨地区的填土地基不宜采用成份单一的粉质粘土、粉土作填料，应掺入不少于30%的粗骨料，即土石比不宜大于7：3；
（4）不得使用淤泥、耕土、冻土、强膨胀岩土及有机质含量大于5%的土；
（5）大块石填土材料最大粒径不应大于800mm。
①泥岩、页岩、板岩等易软化、泥化岩石可作为地下水以上部位填土地基的材料。在气候湿润、雨量丰富的地区，适用于排水条件良好的高填土地带。
②砂岩、泥岩等易风化岩作为填土材料，应考虑地基发生渗透变形和渗透破坏的可能性，并制定相应的控制标准和措施。
2.块石、碎石填土地基除抛石填海和抛石挤淤地基外，碎石、块石填土地基均采用分层堆填，禁止抛填。分层堆填的厚度可取0.8 m ~1.2m。
3.当填土区有地下迳流、泉水、裂隙水出露时，应在填筑体中构筑排水盲沟网，排水盲沟网应设在两个强夯地基处理分层的中间，排水盲沟网可根据填土区的高度设一层或数层。
4.回填地基地表应设置截水、排水设施。
5.填土地基的填土厚度可按强夯有效加固深度确定，当填土厚度过大时，应将填土分层回填分层强夯。（填土分层厚度参照表1）
6.当填土地基遭受雨水、洪水较长时间浸泡，地基土高度饱和，岩块软化、泥化严重时可采用强夯置换处理；
7. 在气候湿润雨水丰富的地区，易软化、泥化岩块填土地基，应及时回填，及时强夯，不宜久置和长期受雨水浸泡，受水浸泡后的泥岩填土地基表层软化层在强夯时应予以去除。
1.高回填区域强夯处理流程图
2.湿陷性黄土高回填区域强夯处理方案
①回填时，湿陷性黄土堆填虚铺厚度为0-4m以内的，强夯采用3000kN.m能级，点夯6m正方形中间插一点布置，分两遍完成，单点击数约为6～8击，最后两击平均夯沉量≤50mm。满夯采用1500kN.m能级。1／4搭接布置，单点击数2击。
②回填时，湿陷性黄土堆填虚铺厚度为4-5m以内的，强夯采用4000kN.m能级，点夯6m正方形中间插一点布置，分两遍完成，单点击数约为6～8击，最后两击平均夯沉量≤100mm。满夯采用2000kN.m能级。1／4搭接布置，单点击数2击。③回填时，湿陷性黄土堆填虚铺厚度为5-6m以内的，强夯采用6000kN.m能级，点夯7m正方形中间插一点布置，分两遍完成，单点击数约为6～8击，最后两击平均夯沉量≤150mm。满夯采用2000kN.m能级。1／4搭接布置，单点击数2击。
④回填时，湿陷性黄土堆填虚铺厚度为6-8m以内的，强夯采用8000kN.m能级，点夯8m正方形中间插一点布置，分两遍完成，单点击数约为8～10击，最后两击平均夯沉量≤200mm。满夯采用3000kN.m能级。1／4搭接布置，单点击数2击。
⑤回填时，湿陷性黄土堆填虚铺厚度为8-10m以内的，强夯采用10000kN.m能级，第一遍夯点呈正方形状布置，夯点间距10m，夯击能为10000kN.m；第二遍夯点位于第一遍夯点所成正方形中心，夯击能为10000kN.m；第三遍点夯为一遍点夯夯点中间位置，夯击能为5000kN.m。第四遍点夯为二遍点夯夯点中间位置，夯击能为5000kN.m。，单点击数约为6～8击，最后两击平均夯沉量10000kN.m≤200mm、5000kN.m≤150mm。满夯采用3000kN.m能级。1／4搭接布置，单点击数2击。
⑥回填时，湿陷性黄土堆填虚铺厚度为10-11m以内的，强夯采用12000kN.m能级，第一遍夯点呈正方形状布置，夯点间距10m，夯击能为12000kN.m；第二遍夯点位于第一遍夯点所成正方形中心，夯击能为12000kN.m；第三遍点夯为一遍点夯夯点中间位置，夯击能为6000kN.m。第四遍点夯为二遍点夯夯点中间位置，夯击能为6000kN.m。，单点击数约为6～8击，最后两击平均夯沉量12000kN.m≤200mm、6000kN.m≤150mm。满夯采用3000kN.m能级。1／4搭接布置，单点击数2击。
⑦回填时，湿陷性黄土堆填虚铺厚度为11-12m以内的，强夯采用15000kN.m能级，第一遍夯点呈正方形状布置，夯点间距10m，夯击能为15000kN.m；第二遍夯点位于第一遍夯点所成正方形中心，夯击能为15000kN.m；第三遍点夯为一遍点夯夯点中间位置，夯击能为8000kN.m。第四遍点夯为二遍点夯夯点中间位置，夯击能为8000kN.m。，单点击数约为6～8击，最后两击平均夯沉量15000kN.m≤200mm、8000kN.m≤200mm。满夯采用3000kN.m能级。1／4搭接布置，单点击数2击。
⑧回填时，块碎石堆填虚铺厚度超过8m以上时，可以采用分层回填，再根据回填深度对应上述有效加固深度来确认强夯能级。
（1）3000kN.m能级施工参数（加固深度4m）
施工共分3遍进行：
第一遍：夯击能3000kN.m主夯点，夯点间距为5.5m的正方形布置，在强夯过程中在夯坑中填料，然后强夯，重复以上步骤，至最后两击夯沉量平均值≤50mm；
第二遍：夯击能3000kN.m主夯点，夯点间距为5.5m的正方形布置，在强夯过程中在夯坑中填料，然后强夯，重复以上步骤，至最后两击夯沉量平均值≤50mm；
第三遍：满夯，夯击能1500kN.m，满夯，相互搭接，2击。
（2）6000kN.m能级施工参数（加固深度6m）
施工共分3遍进行：
第一遍：夯击能6000kN.m主夯点，夯点间距为7m的正方形布置，在强夯过程中在夯坑中填料，然后强夯，重复以上步骤，至最后两击夯沉量平均值≤150mm；
第二遍：夯击能6000kN.m主夯点，夯点间距为7m的正方形布置，在强夯过程中在夯坑中填料，然后强夯，重复以上步骤，至最后两击夯沉量平均值≤150mm；；
第三遍：满夯，夯击能2000kN.m，满夯，相互锤印，2击。
（3）8000kN.m能级施工参数（加固深度8m）
施工共分4遍进行：
第一遍：夯击能8000kN.m主夯点，夯点间距为8m的正方形布置，在强夯过程中在夯坑中填料，然后强夯，重复以上步骤，至最后两击夯沉量平均值≤200mm；；
第二遍：夯击能8000kN.m主夯点，夯点间距为8m的正方形布置，在强夯过程中在夯坑中填料，然后强夯，重复以上步骤，至最后两击夯沉量平均值≤200mm；；
第三遍：插夯4000kn.m，夯点间距为8m*8 m的正方形中间插一点布置，在强夯过程中在夯坑中填料，然后强夯，重复以上步骤，至最后两击夯
五、案例
山西七一能源
项目名称：山西七一能源有限公司180万吨/年甲醇和60万吨/年烯烃项目强夯工程
项目地点：山西省长治市襄垣县王桥镇郭庄村
工程概况：拟建场地位于山西省长治市襄垣县王桥镇郭庄村，属地山、丘陵地貌单元，同时发育多条次生冲沟，现场地地形起伏较大，地面标高介于1024.68～1128.68m之间。
目前该场地正在进行地整平，最终场地标高地分为两个平台，东部平台高程分别为1060m，西部平台高程为1055。全场回填深度想产比较大，且部分区域回填深较大。
目前挖东部土石回填西部，场平完成后，场地西部回填之后形成填方边坡，布局高度为50～60m。
设计要求：地基承载力特征值为fak≥220kPa.
强夯施工参数：
回填0-6m，采用4000 KN.m能级进行强夯，
回填6-7m，采用6000 KN.m能级进行强夯，
回填7-8m，采用8000 KN.m能级进行强夯，
强夯处理结果：目前已完试夯区地基承载力特征值为fak=280kPa，有效加固深度均已满足设计要求。
处理效果
(1)通过重型动力触探、波速测试、地基承载力等试验，以上项目各项指标处理要求均满足设计要求。
(2)该处理方法已在上述案例多个试验标段试验成功，通过施工检验监测。结合课题研究成果，确认处理效果良好。
(3)目前土石方及强夯施工正在进行，且效果良好。
(4)对于高回填区域，物料合理的级配与配比，强夯后的地基土承载力特征值可达到：250kPa-350kPa甚至更高，这样强夯处理后的地基土可以满足场区内大部分建（构）筑物对地基的要求。
六、结束语
综上所述，针对湿陷性黄土地质高回填区域选用分层强夯处理，强夯后的地基土承载力特征值可达到：250kPa-350kPa甚至更高，这样强夯处理后的地基土可以满足场区内大部分建（构）筑物对地基的要求.近年来以夯代碾，以夯代桩的理念及应用正在逐渐推广，强夯地基处理方式作为一种施工操作简单易行、造价低廉的地基处理方式，完全可以满足电厂、水泥厂、化肥厂等大型土石方地基处理要求，能够实现经济可靠的处理效果。
