建筑濕陷性黃土地基注水增濕強夯處治技術(shù)研究

冀超華

摘 要：濕陷性黃土遇水后，極易破壞土體結(jié)構(gòu)，降低地基承載能力，不利于建筑物穩(wěn)定及安全。以某建筑工程為例，采用了增濕注水強夯施工方案，結(jié)果表明浸水后濕陷性黃土極易出現(xiàn)濕陷沉降，通過增濕注水強夯工藝，先注水后強夯，可達(dá)到地基加固的效果。

關(guān)鍵詞：建筑工程;濕陷性黃土;注水增濕;強夯加固

中圖分類號：TU475文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-6903（2022）08-0016-03

0 引言

我國幅員遼闊，濕陷性黃土分布廣，遇水浸濕后，濕陷性黃土在覆土自重應(yīng)力、附加應(yīng)力等作用下，土體結(jié)構(gòu)迅速被破壞，甚至出現(xiàn)沉陷，對于結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性及安全極為不利。大量研究表明，黃土濕陷性特征明顯，為改善濕陷性，提升地基承載能力，需合理選擇處治技術(shù)。注水增濕強夯技術(shù)需對濕陷性黃土場地內(nèi)注水增濕，土體含水率滿足設(shè)計要求后，再作強夯處理，進而提高地基承載力。這種地基處理技術(shù)可以改善土體含水率、加固土體既有結(jié)構(gòu)，保證建筑物安全。

1 工程概況

某建筑工程，總建筑面積為18 600 m²，框架結(jié)構(gòu)體系，本工程分為2個單體，即南樓、北樓，中間利用架空連廊連接。施工現(xiàn)場地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，擬建場地地貌為黃土丘陵，地勢北高南低，地形起伏大。場地內(nèi)地層土類型有黃土、填土、基巖，根據(jù)濕陷性程度及成因，可分為多層濕陷性黃土，第2層濕陷性粉土層為基礎(chǔ)，第2、3層濕陷性粉質(zhì)粘土層具有較大厚度，屬于自重濕陷性，且較為嚴(yán)重，無法達(dá)到上部結(jié)構(gòu)規(guī)定需要，為此，應(yīng)做好地基處理。

2 強夯法地基加固機理

強夯法主要目的是提升不良地基的承載力，在一定高度，通過重錘自由下落夯擊土層，促使地基快速固結(jié)。強夯法也被叫作動力固結(jié)法，在高度、重力作用下，通過強大的夯擊能和沖擊波迅速夯實地基，目前，在砂性土、雜填土等地基加固中得到了廣泛應(yīng)用[1]。對于非飽和粘性土地基采用強夯法時，通?？蛇M行連續(xù)夯擊，或者可采用分遍間歇夯擊，夯擊次數(shù)、有效夯實深度可根據(jù)工程實際，由現(xiàn)場試驗確定。據(jù)相關(guān)研究和實踐經(jīng)驗，在100～200 t/m夯實能量作用下，有效夯實深度可達(dá)到3～6 m。其特點為施工設(shè)備操作簡單、適用性好、加固效果明顯、可節(jié)約加固材料、成本低等。強夯法是重錘夯實法的升級版本，兩種加固機理基本一致，但又有所不同，其加固機理如下。

2.1 動力密實

強夯法加固當(dāng)中，動力密實主要用于非飽和地基土，通過沖擊波和強夯作用，夯實地基土，讓土體更加密實，以此增強地基土強度，將土體內(nèi)空隙壓密、減小，這也是非飽和土夯實的過程，土顆粒相對位移會引起夯實變形。

2.2 動力固結(jié)

強夯法動力固結(jié)理論多用于處理飽和黏性土，對于土體而言，夯錘所產(chǎn)生的強大沖擊力將破壞土體結(jié)構(gòu)，促使土體形成超孔隙水壓，土體部分液化，強夯作用下，土體形成裂隙，并作為孔隙水排水通道，將孔隙水順利排出，孔隙水壓消除，實現(xiàn)土體固結(jié)目的，最終達(dá)到新的應(yīng)力平衡，大幅提升土體強度。

2.3 動力置換

在夯錘的強大沖擊影響下，向強度小、透水性差的土體內(nèi)夯入強度大、透水性好的材料，形成整體或局部置換的復(fù)合地基，被稱為強夯法的動力置換機理[2]。目前，在含水量多、透水性差的軟土地基當(dāng)中，動力置換應(yīng)用較多。為提升土體強度，可從兩方面入手，即土體排水與消除孔隙水壓。經(jīng)試驗研究，將透水性較好的碎石、沙等材料夯入滲透性差的飽和黏土內(nèi)，可生成豎向排水通道，不僅有助于消除孔隙水壓，還有助于置換不良土體，滿足施工要求。

3 注水增濕方案及施工要點

通過多方討論與研究，結(jié)合擬建場地地質(zhì)情況，需提高含水量，為解決黃土濕陷性，最終決定采用注水增濕強夯技術(shù)進行工程施工，從而有效提升地基承載力，減少地基沉降及變形問題。

根據(jù)圖紙設(shè)計，需注水增濕施工，滿足土體含水量需求，隨后進行強夯施工。由基頂設(shè)計標(biāo)高以往1.4 m處為起夯面，相比設(shè)計起夯面標(biāo)高，原始地坪標(biāo)高相對高出一些，為在規(guī)定工期進行完成施工，可采取“增濕+開挖”的施工方案，充分利用注水消散階段的時間。表1為不同位置注水孔平均深度。

3.1 確定注水施工參數(shù)

根據(jù)設(shè)計要求，在注水增濕施工中，設(shè)孔距2 m，呈正方形布點，滿足強夯施工，與強夯施工布點參數(shù)匹配;同時，確定孔徑Ф150 mm。根據(jù)地質(zhì)報告及設(shè)計圖紙要求，注水深度內(nèi)相關(guān)施工參數(shù)取值如表2所示。

根據(jù)公式計算單孔注水量，得單孔注水量為1.76 t，那么，1 m²注水量為0.45 t，取整值，則為0.5 t。按照設(shè)計規(guī)定，需進行8遍灌水施工，最后得出，1 m²注水總量為4.0 t。

3.2 施工工藝

按照設(shè)計圖紙和施工要求，注水增濕施工中，需規(guī)范施工流程，圖1為注水增濕施工工藝流程圖。

3.3 施工要點

第一，成孔之后，需對所有孔的深度、直徑等進行測量，確保其符合施工要求[3]。

第二，采取柴油錘擊成孔，注水孔施工中，深度不得低于8.5 m，不得超過12.1 m，孔徑則需控制在150 mm。按照施工要求，可采取碎石為孔內(nèi)填筑材料，且合理控制粒徑。

第三，注水孔成孔后，在施工作業(yè)區(qū)域內(nèi)，放置注水分管，并按一排一排、一孔一孔地注水，水管需一插到底，當(dāng)注水孔內(nèi)水滿之后，便可將注水管抽出，并插入到相鄰的下一個孔內(nèi)。待注水完成一整遍后，需進行第二遍注水，并對每次注水時間及間隔時間進行詳細(xì)記錄。根據(jù)本工程實際情況，注水遍數(shù)為8遍，直至達(dá)到最佳含水量規(guī)定。一般來講，注水4遍左右，可通過洛陽鏟在注水孔之間鉆孔取樣，詳細(xì)檢測試樣含水量，當(dāng)含水量滿足施工要求，需靜置一段時間，隨后便可進行強夯施工。

第四，點夯施工前，需提前復(fù)核夯點位置，待夯實作業(yè)結(jié)束后，再次對夯坑位置進行詳細(xì)檢查，確保符合規(guī)定要求。

第五，按照設(shè)計規(guī)定，對所有夯點進行合理控制，尤其是夯擊次數(shù)。同時，檢查最后2次夯擊的平均夯沉量，保證滿足施工要求。

4 強夯法施工要點

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前，為保障施工質(zhì)量，需做好各項施工準(zhǔn)備工作。相比強夯處理范圍，施工區(qū)范圍應(yīng)向外擴大一圈，便于設(shè)備支撐、轉(zhuǎn)換使用，預(yù)留充足的空間。同時，加大力度采取適當(dāng)?shù)拇胧?，保護好施工區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造物、管線等，避免由于道路施工而影響其他構(gòu)造物的使用。待施工范圍確定之后，需將其內(nèi)雜物清理干凈，比如有機物質(zhì)植物、樹根、耕植土等，若存在低洼處，需提前進行排水清淤[4]。

施工場地整平，直至滿足夯面標(biāo)高，待整平后，保證施工場地平整度和密實度均可滿足施工規(guī)定，確保機械設(shè)備行駛狀況良好。高水位地基強夯施工過程中，地下水位以上，需合理控制覆蓋層厚度，保證超過3.5 m，若無法達(dá)到這一要求，可再填鋪一層松散類材料，或采取措施進行降水處理。

夯前場地標(biāo)高可采用20 m×20 m方格網(wǎng)進行測定，保證測量結(jié)果準(zhǔn)確。除此之外，還需根據(jù)周邊環(huán)境及地質(zhì)情況，合理設(shè)置排水系統(tǒng)和節(jié)水系統(tǒng)。

4.2 機械選擇

按照設(shè)計要求，合理選擇強夯能級滿足規(guī)定的施工機械，起重機設(shè)備則要采用帶有自動脫鉤裝置，且符合夯錘質(zhì)量的履帶式起重機。強夯法施工主要設(shè)備有三部分，即起重機、夯錘與脫鉤裝置。自動脫鉤裝置要滿足強度需求，且能靈活使用，安全、可行。夯錘采用圓形夯錘，φ2.5 m，重心位于垂線，重量約20 t。夯擊時，保證多次夯擊的夯坑位置一致，防止在坑壁上消耗夯擊能，對夯擊效果造成不利影響。

同時，為了進一步增強夯擊效果，需將多個和夯錘頂面相連的排氣孔按對稱的方式設(shè)置到夯錘底面，從而方便夯錘自由下落時，坑底空氣可以快速排出，同時，起吊夯錘時，最大限度降低坑底的吸力。一般情況下，需合理控制排氣孔直徑，不得過小，避免土團堵塞。

4.3 布設(shè)夯點

為提升濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)的承載力，必須控制好夯距，合理布設(shè)夯點。結(jié)合以往強夯施工經(jīng)驗，當(dāng)強夯能級為12 000 kN·m，夯坑深度基本上為3.5 m左右，實際加固深度最高可達(dá)到14.5 m。當(dāng)夯坑深度為5.0 m時，強夯施工的加固深度還會進一步加大。因此，在強夯施工時，需根據(jù)實際加固深度要求合理控制夯點間距，按照本項目實際情況，主夯時能級為4 000 kN·m，按4.0 m設(shè)間距，呈正方形布設(shè)夯點。滿夯時能級為1 500 kN·m，夯點布設(shè)可按錘印搭接1/4。

4.4 強夯施工

強夯施工前期，可測量放樣。即在施工現(xiàn)場選擇全站儀進行放樣，夯點可利用鋼卷尺、白灰標(biāo)注，并在夯坑外側(cè)50 m處架設(shè)水準(zhǔn)儀，對夯坑實際深度進行準(zhǔn)確測量。當(dāng)強夯施工機械設(shè)備在施工場地就位后，應(yīng)根據(jù)施工場地的實際情況對機械設(shè)備履帶位置進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，同時，在強夯設(shè)備前、后位置打孔，穩(wěn)固設(shè)備。為掌握夯擊錘實際落距，可將鋼卷尺掛在脫鉤器上，并鎖定脫鉤器尾部的鋼絲繩。

對于夯擊錘兩側(cè)的支架、支撐設(shè)備需進行加固處理，并提升夯擊錘進行試吊作業(yè)，保證夯擊錘提升高度滿足設(shè)計要求，隨后放下夯擊錘，使其落在作業(yè)面，并對夯擊錘錘頂實際高程進行測定[5]。根據(jù)施工要求和設(shè)計規(guī)定，主夯時，夯擊能級為4 000 kN·m，夯擊錘重為291.7 kN，落距為13.8 m，單點夯擊次數(shù)不得小于15擊，最后兩擊的平均夯沉量應(yīng)控制在50 mm以內(nèi)。在滿夯時，能級為1 500 kN·m，夯擊錘重為182.5 kN，落距為8.3 m，單點夯擊數(shù)為6擊，最后兩擊平均夯沉量同樣要控制在50 mm以內(nèi)。完成夯擊施工后，采取推土機填平夯坑，并對場地高程進行測定。

4.5 質(zhì)量控制

第一，強夯施工前，需詳細(xì)檢查各項指標(biāo)參數(shù)，比如夯錘重、落距等，可采用鋼尺測定，保證單擊夯擊能量可達(dá)到施工規(guī)定。在強夯施工當(dāng)中，可將各個夯點的夯擊數(shù)作為控制標(biāo)準(zhǔn)，控制好每個點的最后兩擊的平均夯沉量，即小于50 mm。

第二，強夯實過程中，很容易發(fā)生夯點放線誤差。為此，在每次夯擊施工時，必須做好夯點放線復(fù)核作業(yè)，待夯擊施工作業(yè)完成后，需及時檢查夯坑的實際位置，避免出現(xiàn)夯擊偏差，或者漏夯，若出現(xiàn)此類問題，應(yīng)及時采取措施進行處治。

第三，地基加固質(zhì)量要求很高，為此，需嚴(yán)控放線進度和強夯落錘位置。尤其是在主夯前，采取碎石材料鋪設(shè)一定厚度的墊層，這樣有助于均勻傳送夯擊能[6]。

第四，具體施工當(dāng)中，需詳細(xì)、認(rèn)真地監(jiān)測各個夯擊點的沉降量，可采用水平儀設(shè)備。待水平儀與夯擊點距離相近時，應(yīng)準(zhǔn)確掌握夯擊是否會影響水準(zhǔn)儀的精準(zhǔn)度，并利用全站儀進行對比監(jiān)測分析，保證夯擊質(zhì)量。

第五，若在雨季施工，需及時排出夯坑內(nèi)的積水，以及夯擊過場地上的殘留水。夯坑回填后，需采用設(shè)備壓實，相比周圍地面，高度可多出一些，避免坑內(nèi)填土吸水太多，夯擊施工后，發(fā)生橡皮土情況。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著建筑工程事業(yè)的迅速發(fā)展，不良地基施工問題愈加突出。濕陷性黃土地基施工中，為確保建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需做好地基加固施工。結(jié)合工程實際情況，單一采用強夯法加固處理并不能達(dá)到良好的加固效果。檢測與研究分析表明，對于提升軟弱地基承載力方面，增濕注水強夯施工和非增濕注水強夯施工對比，提升效果明顯不同。增濕注水強夯技術(shù)的應(yīng)用不僅可以消除濕陷性，還能達(dá)到預(yù)期地基加固效果，具有可行性。

參考文獻(xiàn)

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