強夯法處理濕陷性黃土在鐵塔建設上的運用

楊旭杰

深圳市鵬勞人力資源管理有限公司，青海西寧 810007

1 黃土和濕陷性黃土

1.1 黃土

黃土是一種粉砂質土疏松堆積物，顏色一般有淺黃、灰黃和黃褐色，孔隙較大且多孔，是一種特殊的粘性土。天然含水量較少，顆粒含量高，干燥時強度較大，但是遇水容易被沖蝕，崩解和濕陷。根據(jù)黃土沉積地質年代差異，可以將黃土分成老黃土、新黃土和紅色黃土。其中新黃土分布廣泛，和工程建筑關系緊密，一般具有濕陷性。

1.2 濕陷性黃土

濕陷性黃土中的主要成分是粉土顆粒，占總量的50%～70%，具有大孔、多孔和垂直節(jié)理。在天然和干燥狀態(tài)下，濕陷性黃土具有壓縮性低、強度高的特點，但是遇水強度會降低。其工程特性可以概括為以下幾點：第一其塑性弱，液限一般；第二在天然狀態(tài)下含水量較少，常處于半固態(tài)或者硬塑的狀態(tài)；第三壓實程度差，孔隙大且多孔；第四遇水容易崩解，抗水性差，失水收縮，遇水濕陷。其他還有比如透水性較強、強度較高等。濕陷性黃土的形成包括內在和內外兩個原因，內在因素主要是和土粒間的抵抗滑移能力增強有關，這樣土體的自重壓密被阻止，形成一種集架空孔隙和集粒內微孔隙同時存在的多孔隙結構。當黃土遇水時骨架的強度便會降低，在各種壓力的作用下結構被破壞，從而土粒向大孔滑移，粒間孔隙縮小而出現(xiàn)大量的沉陷。外在作用主要是水流的浸蝕和搬運作用有關，當水滲透進來后其水力梯度加大便會將黏土粒沖走從而使得黃土的孔隙變大。

2 黃土夯實的影響因素

2.1 含水量對強夯的影響

土體中含水量的多少以及變化會對土體的強度產(chǎn)生直接的影響。對于濕陷性黃土而言，其地基中的含水量較小，所以在強夯過程中，與其他加固飽和土地基相比，不會出現(xiàn)孔隙水擴散的現(xiàn)象，有利于強夯施工。

2.2 夯擊過程中孔隙比對地基的影響

孔隙比指的是孔隙空間大小的一種變化，孔隙空間性增強，孔隙比就會減小。在采用強夯法對濕陷性黃土進行處理時，黃土在外界作用力下其孔隙大小會逐漸減小，由松散的狀態(tài)變?yōu)槊軐嵉臓顟B(tài)。濕陷性黃土本身含水量小，在夯擊作用下土顆粒和孔隙的空間性增大，空隙減小。但是強夯法在實際應用中無法將土體中的氣體和孔隙水全部排出，只是土顆粒之間位移經(jīng)重新排列組合之后才出現(xiàn)變形。在強夯之后，土體密實度增加，孔隙比減小，土體中的含水量基本沒有變化，不過飽和度上升。

2.3 夯錘的形狀以及對強夯機的設備性能要求

在不同的工程施工中，在對不同土層結構進行強夯施工時不太可能使用相同形狀的夯錘，如果使用相同形狀的夯錘，由于地質情況和地層結構不同，所以無法取得良好的夯實效果。一般的夯錘是平底的，錘底的靜壓力在25～40kPa范圍內。此外，在強夯中對于強夯機設備也有一定要求，首先，強夯機應該具有一定的適應能力，處理復雜地形時也能有較好的穩(wěn)定性；其次，卷筒應該具有高彈出力性能和高制動能力；此外，發(fā)動機的功率要有一定量的儲備，能夠適應沉陷地面的轉向移動。

3 強夯法原理、作用和應用優(yōu)點

強夯法是一種動力固結或者動力壓實的方法，基本方法是將重量級的錘子提到10m以上然后讓其自由落下反復給地基沖擊振動，從而可提高土體的強度而降低其壓縮性，改善土體的性質。在利用強夯法處理濕陷性黃土施工前先要了解該方法的加固機理、對土體的作用以及在應用中有哪些優(yōu)點。

3.1 強夯法加固機理

將重量約為10～40t的錘子放到空中10～30m的地方然后讓其自由落下，對土體進行反復錘擊和振動，土體在受到壓力后會產(chǎn)生應力和沖擊波，土體顆粒之間的接觸形式發(fā)生改變，同時發(fā)生位移，這樣土體的孔隙被壓縮，局部出現(xiàn)液化，土體中的孔隙水和氣體等通過周圍裂縫所形成的排水通道排出。從而可以使土體固結，壓縮性降低，密實度增大，強度提高。

3.2 強夯對于土體的作用

強夯法對土體的作用包括加密作用、液化作用、固結作用和時效作用。其中加密作用指的是通過強夯沖擊排出土體中的空氣，壓縮液化氣體的體積和封閉的氣泡。在夯實以后可減少土體中的水分和空氣，這樣土體的密實度就會提升。其次，液化作用是指重錘錘擊的能量通過沖擊荷載形式作用在土體上，氣體被壓縮，孔隙水壓力增大，土顆粒表面結合水膜被擾動，土體中含氣量逐漸減少，孔隙水壓力上升，從而發(fā)生局部液化。再次，土體在自然狀態(tài)下應力是由孔隙水和土體骨架顆粒共同承受，但是在強夯沖擊之下，孔隙水排出，所以其中應力只能由土體骨架顆粒一方承受，這樣土體便會發(fā)生固結。此外，強夯是有時效性的，強夯時孔隙水排出，壓力減少，土體局部發(fā)生液化，強度逐漸下降。這時土體處于崩解狀態(tài)中，土顆粒間靠近，自由水變成了吸附水，形成新結合水膜，從而土體的強度又開始恢復。

3.3 強夯法的施工優(yōu)點和效果

利用強夯法進行鐵塔的建設施工，和其他施工方法相比具有一定的優(yōu)勢。主要是土體在經(jīng)過強夯作用之后，其對上部建筑物的承受力提升，土體強度提升，經(jīng)過夯實以后的地基其強度可以提升2～5倍左右，壓縮性可降低2～10倍，加固影響深度可達6～10m。此外，強夯時所采用的設備是履帶式起重機，所以操作比較簡單，便于施工管理控制，工作效率高、速度快。比較適合用于濕陷性黃土、粉土和碎石土的地基處理中，尤其被廣泛應用于采用一般加固方法難以加固的大塊碎石土和雜填土的處理中。不過值得注意的是，強夯法也有振動大，對周圍居民影響大，對含水量敏感，有施工場地要求等缺點，所以在施工中建立隔離區(qū)，施工中要控制機械設備的穩(wěn)定性，加強施工管理，避免重錘直接觸碰混凝土塊等硬物。

4 強夯法處理濕陷性黃土在鐵塔建設上的施工工藝

4.1 施工前準備

在強夯施工之前，首先應該做好一系列的施工前準備。比如要對鐵塔建設范圍內的地下構筑物以及各種管線進行檢查，了解這些結構的位置和標高，并采取保護措施避免對原有建筑物造成破壞。然后需要在施工場地上設立試驗區(qū)進行試驗性施工。在確定強夯的參數(shù)后制定強夯試驗的方案并進行試夯。另外，在試夯的過程中也要加強監(jiān)測和相關信息的記錄和合作能力分析，制定施工組織方案，然后交由監(jiān)理方審查在經(jīng)過同意后才可以開始施工。

4.2 夯點布置和強夯

在強夯施工中先要合理布置夯點，一般可布置成正三角形和正方形，可便于強夯施工。其次，根據(jù)建筑物的類型和特點確定強夯的范圍，一般要大于基礎范圍。夯點之間的距離要根據(jù)地基土壤的性質和地基施工的要求來確定，一般是1.5～2.5倍的夯錘直徑為夯點間的距離。此外，強夯的遍數(shù)也要根據(jù)地基土壤的性質來定，一般是3～4遍，尤以3遍居多。在第1遍和第2遍施工中，夯點是方格網(wǎng)布置，每一個方格網(wǎng)設置一個夯位，每個夯位連夯，夯擊結束后需要檢查夯沉量，最后兩擊的平均夯沉量不可以超過5cm，對于飽和細粒土，夯擊的次數(shù)要根據(jù)孔隙水壓力的增減來確定，也就是在土層局部發(fā)生液化時的擊數(shù)就是這一遍的夯擊數(shù)。在第三遍夯擊時采用低能量滿面拍夯，使地表層松土夯實加固，夯位中心距離為1.5m。此外，在強夯施工中要注意相鄰夯擊兩遍之間的間歇時間，一般滲透性較差的粘性土地基間歇時間要在3周以上，滲透性好的地基土壤，第2遍和第1遍夯擊時間間隔也要保持在4d以上。

4.3 強夯法的施工管理

在采用強夯法進行鐵塔建設施工中濕陷性黃土處理時，所需要做好的施工管理工作如下：首先要做好編號工作，包括對夯點位置的編號要規(guī)范清晰，對于強夯機械設備也要進行編號，夯錘應該過磅稱重，其要滿足施工標準才能進行施工。其次，要做好測量工作的監(jiān)督，夯點定位布置采用鋼尺測量，對于墊層鋪設前后的標高使用水準儀測量并確定墊層的厚度。再次，對于間歇時間要根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調整，在地基處理時要根據(jù)黃土濕陷類型施工并做好施工排水和防水工作。此外，要求施工現(xiàn)場配備專業(yè)的質檢人員和安全生產(chǎn)管理人員，加強對現(xiàn)場施工質量管理，采用一定的安全措施。相關人員必須要做好現(xiàn)場強夯施工記錄，對于施工所產(chǎn)生的振動、噪音等需要采用隔震溝進行消除，避免對周圍建筑物和居民造成影響。

5 結語

綜上所述，濕陷性黃土對于建筑工程有著嚴重的破壞作用，在濕陷性黃土區(qū)域進行鐵塔建設時，應該先采取合理的措施對這些濕陷性黃土進行處理，加固土體，使地基強度提升。而采用強夯法的方式由于其效果顯著、施工工藝簡單、施工簡便、易于管理和控制等優(yōu)點，所以可被應用于濕陷性黃土的處理中，這樣對于土體加固、地基強度加強，以及提高整個鐵塔建筑結構的穩(wěn)定性具有很重要的意義。

[1] 楊校輝，黃雪峰，朱彥鵬，等.大厚度自重濕陷性黃土地基處理深度和濕陷性評價試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2014（5）：1063-1074.