超高能级强夯处理低含水量湿陷性黄土原理研究

超高能级强夯处理低含水量湿陷性黄土原理研究

李保华，郭伟林，安 明

(山西机械化建设集团公司，山西太原030009)

[摘要]通过击实试验，进行了击实功对最佳含水量和最大干密度的影响分析和不同强夯能级 、施工参数的单位土体击实功和轻型、重型击实试验的单位土体击实功的分析比较，探讨了超高能级强夯处理低含水量湿陷性黄土的原理。试验证明，夯击功能越大，干密度越大，而相应的最优含水量越小；在一定夯点间距下，夯击能级越高、夯击数越多，土体所获得的夯击功能越大；超高能级强夯所达到的夯击功能，已超过了重型击实试验的击实功能的近一倍，将超高能级强夯用于处理低含水量的湿陷性黄土是可行的。

[关键词]地基；强夯；湿陷性黄土；击实功；原理；施工技术

[中图分类号]TU753   [文献标识码]A  [文章编号]1002-8498(2015)O9-011203

强夯法出现前，湿陷性黄土地基的处理主要采用挤密桩法、黄土垫层法、浸水法。强夯法出现后，湿陷性黄土的处理越来越多地采用强夯法 。

对于非饱和土，强夯加固机理是基于动力密实的原理，即用冲击型的动力荷载 ，使土中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土的强度。除特殊情况外，湿陷性黄土是一种非饱和土。工程实践证明：强夯法用于湿陷性黄土的处理，绝大多数取得了良好的效果。但同时也发现，随着含水量的降低，强夯处理湿陷性黄土的效果越来越差。其表现是：在同等能级下，随着含水量的降低，湿陷性消除深度越来越小，这种现象在我国西北地区尤为突出。

我国西北地区气候干旱缺水，湿陷性黄土分布极广泛，天然含水量极低 (一般在8％～5％)湿陷性强烈，湿陷等级高，地基处理难度极大。低含水量湿陷性黄土处理难度大的原因为：① 由于黄土富含碳酸钙盐胶体，当含水量降低时，土粒由于胶体黏结的结构强度更加增大，地基加固所需要的能量也增大。②随着含水量的降低，土的液性指数也逐渐降低，当天然含水量小于塑限后，液性指数变为负值。随着绝对值的增加，土的坚硬程度也越来越大，地基处理所消耗的能量也越来越大。

一般意义上的强夯法应用于湿陷性黄土地基，含水量应不低于10％，低10％ 即应增湿。含水量在8％～5％的，则必须增湿。对于需要增湿的强夯法，造价将提高50％～100％以上。同时，由于西北地区严重缺水，增湿的方法只能在水源丰富的地区应用，在水源紧缺的地方难以应用。

1 超高能级强夯处理低水量湿陷性黄土原理

随着10 000kN·m以上超高能级强夯施工方法的出现，低含水量湿陷性黄土的处理出现了光明的前景。工程上用于密度作为夯实的质量检验指标，对湿陷性黄土而言，干密度越大，湿陷性消除的效果越好。夯击功能是影响击实效果的重要因素。击实功能越大，得到的干密度越大，而相应的最优含水量越小。所以最大干密度和最优含水量都不是一个常数，而是随击实功能而变化。

1.1击实功对最大干密度和最佳含水量的影响

在室内进行击实试验时,最佳含水量随击实功而变。工地压实采用碾压时,最佳含水量随压路机的质量或功能及碾压遍数而变，当采用强夯时，它随所采用的强夯能级、夯点间距和夯击数而变。

1)锤的质量不变，锤击次数改变，对最优含水量和最大干密度的影响锤的质量不变化，锤击次数改变，击实功对最佳含水量和最大干密度的影响如图1a所示。可见锤击30次时最佳含水量为12.2％,最大干密度为1.82g/cm。锤击60次时,最佳含水量降到11％,而最大干密度上升到1.88g/cm。锤击120次时最佳含水量降到10％ ,而最大干密度上升到1.93g/cm。

2)锤击数不变，增加锤的质量，击实功对最佳含水量和最大干密度的影响由图1b可见，在锤击数不变的情况下，当锤的质量由2.5kg增加到lOkg时，土的最佳含水量由14％下降到11.5％，土的最大干密度由1.87g/cm上升到 2.07g/cm。

3)不同击实功下含水量与干密度的关系在不同击实功下，某一粉土最佳含水量和最大干密度关系如表1所示。

  

1.2轻型和重型击实试验参数与单位压实功比较(见表2)

表2数据表明，最佳含水量越小，干密度每增加 0.01g／cm3，所消耗的击实功就越多。超高能级强夯时，意味着单位土体所得到的夯击能越大。这就是超高能级强夯处理低含水量湿陷性黄土的原理。

1.3强夯法的夯实功

强夯的压实功即强夯能级，强夯能级为E= MH，其中M为夯锤的质量，H为夯锤的落距。超高 能级的出现。使夯锤质量达到了40～60t，能级达到了10000kN·m以上。

1)高能级强夯法处理高填方地基施工参数及原单位面积夯击能如表3所示。

2)不同强夯能级处理高填方地基单位土体压实功如表4所示。

3)不同能级强夯单位土体压实功与击实试验单位压实功比较如表5所示。

2 结语

1)夯击功能是影响压实效果的重要因素，夯击功能越大，得到的干密度越大，而相应的最优含水量越小。

2)当土体强夯处理时，夯击功能随强夯能级、夯点间距和夯击数而变。在一定的夯点间距下，能级越高、夯击数越多，土体所获得的夯击功能越大。

3)超高能级强夯所达到的夯击功能，已超过了重型击实试验的击实功的近一倍，将超高能级用于处理低含水量的湿陷性黄土是可行的。