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山西湿陷性黄土情况及强夯法的应用研究

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山西湿陷性黄土情况及强夯法的应用研究

摘要：我国北方地区大量分布着湿陷性黄土，强夯法是湿陷性黄土地基中主要地基处理方法之一,本文主要分析介绍了山西湿陷性黄土的分布以及强夯法在湿陷性黄土路基处理中的加固原理、施工工艺。

关键词：强夯法；湿陷性黄土；地基处理

Abstract: In northern China, a large number of distribution collapsible loess

dynamic compaction method is one of the foundation treatment methods in the

collapsible loess foundation, this paper analysis Shanxi collapsible loess distribution

and dynamic compaction method in collapsible processing loess roadbed

reinforcement principle, the construction process.Key words: dynamic compaction

method; collapsible loess; foundation treatment

一、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。

二、全国及山西地区湿陷性黄土的分布

湿陷性黄土在我国分布较广，面积约４５万ｋｍ２０按工程地质特征和湿陷性强弱程度，可将我国湿陷性黄土分为７个分区：①陇西地区。湿陷性黄土层厚度通常大于１０ｍ，地基湿陷等 级多为三四级，对工程危害性大。②陇东陕北地区。湿陷性万方数据 黄土层厚度通常大于ｌＯｍ，地基湿陷等级多为三四级，对工程危害性大。③关中地区。湿陷性黄土厚４－－１２ｍ，对工程有一 定危害。④山西地区。湿陷性黄土厚２—１６ｍ，地基湿陷等级一般为二、三级，对工程有一定危害。⑤河南地区。湿陷性 黄土厚４－－８ｍ，一般为非自重湿陷性黄土，对工程危害性不大。⑥冀鲁地区。湿陷性黄土厚２—６ｍ，非自重湿陷性黄土，地基 湿陷等级为一级。⑦北部边缘地区，包括晋陕宁区与河西走 廊区。非自重湿陷性黄土。地基湿陷等级为一二级。

山西省黄土湿陷性地区主要分布如下:①轻微湿陷性黄土区:主要分布在省内中部盆地及山间小盆地内。②中等湿陷性黄土区:主要分布在吕梁山以西的黄土高原区、大同盆地、忻州及太原盆地的丘陵地带,此区分布面积较大,占全省黄土分布面积的70%以上。③强烈湿陷性黄土区:主要分布在运城盆地的万荣、临猗、闻喜及太原市、离石市部分地区,分布面积较小。④自重湿陷性黄土区:分布很不均匀,主要有4个地区,即临汾市东部浮山一带,长治、壶关、潞城一带,绛县一带,太原榆次一带。湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土,具有大孔和垂直节理,在天

然湿度下,其压缩性较低,强度较高,但遇水浸湿后,土的强度显著降低,在附加压力或附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形,是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形,对建筑物的危害性大。

三、湿陷性黄土的成因分析

黄土发生湿陷的内在原因是黄土的结构特征和其物质成分，外在的条件为水的浸湿。 随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力逐渐加大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体在自重压密，从而形成以粗颗粒为主体骨架的多孔隙结构。由于胶结物的凝聚和结晶作用、共用结合水的联结作用以及毛细作用、负孔隙水压力作用等，使黄土地基表现出较高的强度和抵抗压缩变形的能力。当黄土受水浸湿或在一定外部压力作用下受水浸湿时，结合水膜增厚并楔入颗粒之间，于是结合水联系减弱，盐类溶于水中，各种胶结物软化，结构强度降低或失效，黄土的骨架强度降低，土体在上覆土层的自重压力或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏，大孔隙塌陷，导致黄土地基附加的湿陷变形。这就是黄土产生湿陷现象的内在过程。湿陷性黄土分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两种。前者是指在上覆土自重压力下受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土地基；后者是指只有在大于上覆土自重压力下受水浸湿后才会发生湿陷的湿陷性黄土地基。

四、强夯法在湿陷性黄土地基中的应用

湿陷性黄土地基处理的方法有很多，如换填法、预压法、 强夯法、深层挤密法、化学加固法、托换法以及土工合成材料 的运用。进行地基处理时，必须结合具体情况因地制宜，慎重选择，通过技术比较后合理选用。在此，仅介绍强夯法在湿陷性黄土地基处理中的应用。

4.1强夯法加固机理。地基处理的目的是改善土的力学性能及自身结构，降低土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生。强夯法就是针对湿陷性黄土的特性，采用起重机将大吨位的夯锤提升到一定高度，使其自由下落．通过对地基施加很大的冲击能。使地基强度提高，土的压缩性降低，消除黄土的湿陷性，以达到地基加固的目的。重锤冲击致使土颗粒破碎或产生相互之间的相对移动，使微结构破坏，从而使土颗粒孔隙中的气体被迅速排出或压缩，孔隙体积减小，从而形成较密实的土体结构。

4.2相关技术参数的确定。（1）夯击能选择。采用强夯法处理湿陷性黄土地区特殊路基，应先在场地内选择有代表性的地段进行试夯或试验性施工，试夯的主要目的是为了在正式施工前，对原设计参数进行检验和修正及指导大面积施工。按照Menard修正公式，采用下式计算：式中：H——加固深度；W——锤重；H——落距；α——修正系数。根据现场资料及相应的土工试验结果，确定加固深度H。由此确定强夯处理的夯击能。

（2）夯点布置。一般按正方形或梅花形网格排列，其间距为5m～15m。湿陷性黄土可以一个夯位紧接一个夯位排列成正方形网点，其横边至边间的距离可

定为B/4，其中B表示方锤的底面边长或圆锤的底面直径。（3）各夯击点的夯击数。确定各夯击点的夯击数应符合下列任一条件：①土体的竖向压缩最大而侧向移动最小；②最后一击的夯沉量或最后两击夯沉量之差小于试夯所确定的数值。湿陷性黄土场地上各夯击点的夯击数可按最后一击夯沉量等于3cm～6cm来确定，一般为6击～9击。（4）夯击遍数。稍湿的湿陷性黄土没有或有很少自由水，在强夯过程中不存在孔隙水压力消散的问题。因此，无需像夯击饱和土那样要采用间歇多遍的夯击方式，可以在一个夯位上连续夯到所需的击数而后再移到次一个夯位上，依次一遍夯成。

4.3 强夯施工工艺流程：（1）场地平整，清除表层土，进行表面松散土层碾压，修筑机械设备进出道路。（2）施工场地周边做截、排水沟以确保场地排水通畅防止积水。当遇地表层为细粒土，且地下水位高的情况，有时需在表层铺0.5～2m左右厚的松散性材料或人工降低地下水位。（3）若邻近有建筑物，先在靠建筑物一侧挖减振沟或其他防振措施。（4）测量放线，定出控制轴线、强夯场地边线并在不受强夯影响地点，设置若干个水准点。（5）夯锤进场时进行过磅秤重，按设计要求的夯击能计算落距，夯前对落距高度在现场进行标定。（6）在整平后的场地上标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程。（7）起重机就位，使夯锤对准夯点位置。（8）将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩。测量锤顶高程，若发生坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。（9）重复步骤8，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。（10）换夯点，重复上述步骤7至9，直到完成第一遍全部夯点的夯击。（11）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。（12）在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

4.４ 强夯时必须注意的问题。首先应进行设计试夯；其次，强夯施工时，应考虑含水量大小，如含水量适中，可直接强夯，否则应采取相应的措施后再夯实；第三，注意夯实时间间隔。

五、结语

采用强夯法加固湿陷性黄土可节约资金，加快施工速度，缩短建设周期，强夯法不仅可消除地基的湿陷性，而且可提高地基的承载力，但目前强夯法的理论并不成熟，必须采用现场冲抓锥在钻（冲）孔灌注桩施工中的应用。

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强夯法施工在湿陷性黄土地基加固中的应用

强夯法施工在湿陷性黄土地基加固中的应用

第３３卷第１４期　・９６・　２　０　０　７年５月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏｌ＿３３　Ｎｏ．１４　Ｍａｙ．　２００７　

文章编号：１００９—６８２５（２００７）１４．００９６—０２　

强夯法施工在湿陷性黄土地基加固中的应用　

武长青李一清　

摘要：介绍了强夯法的特点，并对其施工设计、工艺流程、操作要点以及施工中应注意的问题进行了分析，最后对工程　

中使用的机具设备、工程质量要求及安全措施进行了阐述，以推广强夯法在湿陷性黄土地基加固中的应用。　

关键词：强夯法，施工工艺，质量要求，安全措施　

中图分类号：］ｒＩＪ４７２　文献标识码：Ａ　

湿陷性黄土具有较强的湿陷性和较高的压缩性，其工程特性　

有：一般呈黄色或黄褐色，粉土含量常占６０％以上，含有大量的碳　

酸盐和硫酸盐等可溶性盐类，天然孑Ｌ隙比在１左右，肉眼可见大　

孑Ｌ隙，在自重压力或自重压力与附加压力的共同作用下，受水浸　

湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉。　

对于一般湿陷性黄土地基应采取拦截排除地表水的措施，防　

止地表水下渗，减少地基底层湿陷下沉，其地下排水构造物与地　

面排水沟渠必须采取防渗措施；若地基土层有强湿陷性或有较高　

的压缩性，且容许承载力低于路堤自重力时，应考虑地基在路堤　

自重和活载作用下所产生的压缩下沉，除采用防止地表水下渗措　

施外，应根据湿陷性黄土工程特性和工程要求，因地制宜采取换　

填、重锤夯实、强夯、挤密、化学加固的措施进行处理，文中介绍了　

采用强夯法对地基进行加固处理。　

强夯法又称动力加固法，用起重机械多次吊起重锤从高处自　

由落下，以强大的冲击力和振动能量对地基进行强力夯实，使地　

基浅层、深层得到不同程度的加固，使地基稳定性、变形性、强度　

均满足要求。　

１强夯特点　

１）设备简单、工效高、缩短工期、节约工程造价。２）用中等能　

量级（３　０００　ｋＮ・ｍ）强夯对湿陷性黄土地基进行夯实，其地基稳定　

性、变形性、强度、均匀性能满足一般机场、高等级公路等建筑地　

强夯法在湿陷性黄土地基中的应用及探索

强夯法在湿陷性黄土地基中的应用及探索

篁堡　

中国；　技术企盖　

强夯法在湿陷性黄土地基中的应用及探索　

文／于洁李霞冯晓洲　

【摘要】　强夯法地基加固施工技术在邯郸市某小区冲沟地基处理的应用，成功地消除了湿陷性黄土地基的　湿陷性，提高了地基的承载能力及密实度，减少了差异沉降量。本文就此做出初步阐述并提出在整个湿陷性　

黄土地基处理中进行强夯法施工的探索。　

【关键词】强夯加固湿陷性黄土地基应用及探索　

１前言　强夯法地基加固施工技术由上世纪７Ｏ年代法国工程师梅那首　

先创用，通过起重机械将大吨位夯锤起吊到一定高度后，自由落下　

给地基土以强大的冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大的冲　击压力。迫使土层空隙压缩，土体局部液化。在夯击点周围产生裂　

隙．形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，使土颗粒重新排列，　

经时效压密达到固结，从而提高地基承载力．降低其压缩性并减小　

或消除土体湿陷性的一种有效的地基加固方法。是我国目前最为常　

用和最为经济的深层地基处理方法之一。　２工程概况　

邯郸市某房地产开发有限公司拟建小区．场区原始地貌属于丘　

陵，整个场地地形复杂，冲沟发育。冲沟已进行回填平整．现存地形　

较平坦。场区上部素填土填埋时间较短，填埋时无规律性，分布不均　

匀，力学性质较差，湿陷等级为Ⅱ级。依据勘察报告，场区地层共分　

为４层，分述如下：　（１）第（　层素填土：褐红色，硬塑，干强度低，土质分布不均，场　

地普遍分布，平均厚度５．０３ｍ，具湿陷性。　（２）第②层素填土：褐黄色，硬塑，干强度低，上部松散易塌，土　

质分布不均，场地普遍分布，平均厚度７．８７ｍ，具湿陷性。　

（３）第③层黄土状粉质粘土，具湿陷性，该层未揭穿。　３强夯处理技术要求　

（１）地基处理后地基承载力特征值ｆｋ≥１５０ｋＰａ：　

（２）有效加固深度１０　ｍ，影响深度１２ｍ；　

（３）有效加固深度内及影响深度内消除湿陷；　

４施工总体方案及设计参数要求　

４．１场区为典型的人工杂填土地基，回填土时问短，固结性差，　

强夯法在湿陷性黄土加固工程中的应用分析

强夯法在湿陷性黄土加固工程中的应用分析

毫　技术交流　

强夯法在湿陷性黄土加固工程中的应用分析　

汪海江　（宁夏电力设计院，宁夏银川　７５０００１）　

［摘　要］　通过分析在实际工程的勘察、设计、施工和检测过程中产生的有关数据，对强夯法的加固机　理、规律和影响加固效果的因素进行了研究，为今后更经济合理地使用该方法提出了一些看法。　

［关键词］　强夯；湿陷性黄土；加固；试夯；夯击遍数　中图分类号：ＴＵ４４４文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—４８３５（２００６）０４—００４２—０３　

１　加固黄土地基的机理　

强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一个巨　大的冲击能量，由于巨大的冲击力远远超过土的强度，　使土体产生冲击破坏，土体产生较大的瞬间沉降，锤底　土形成土塞向下运动，因锤底下的土中压力超过土的　强度，土结构破坏，使土软化，侧压力系数增大，侧压力　增大，土不仅被竖向压密而且被侧向挤密。其作用结　果使一定范围内地基强度提高，孑Ｌ隙挤密并消除湿陷　性。强夯过程对地基状态的影响见图１。　

图１　强夯过程对地基状态的影响　图１中工区为膨胀区，由于动应力远大于原来土　的自重应力，坑底土在向侧向挤出时，坑侧土在侧向分　力作用下将隆起，形成被动破坏区。Ⅱ区为加固区，即　土的破坏主压实区。这一区的土应力超过土的极限强　度，土被破坏后压实。Ⅲ区为影响区，即次压实区。该　亘　皇　堇　ＮＯＲＴＨＷＥＳＴ　ＯＨＩＮＡ　ＥＬＥＣＴＲＩＯ　ＰＯＷＥＲ　ＮＯ　４　２００６　区土应力小于土的极限强度，而大于土的屈服强度。　该区的土可能被挤坏，但未被充分压实，或仅被破坏而　未压实。Ⅳ区为无影响区，该区土未发生变化。Ｐ　为　地基极限强度，Ｐ　为地基屈服强度。　２宁夏固原地区某变电所强夯处理实例　

２．１　工程地质条件　场地岩性主要为黄土状粉土和黄土状粉质粘土，　厚度１７～２Ｏ．５　ｍ，下伏角砾层，厚度＞５　ｍ。其中上部　黄土，黄褐色，稍密状，稍湿，含白色菌斑，平均压缩系　数为口　一。一０．３７，具中等压缩性，为Ⅲ～Ⅳ级自重湿陷　性，总湿陷量１０２．１～１５２．８　ｃｍ，自重湿陷量２１．８～　８Ｏ．１　ｃｍ，湿陷下界为埋深１３．６～１７．３５　ｍ，见表ｌ。承　载力特征值约＿厂ａ　一１００　ｋＰａ。变电所区内地下水埋藏　较深，埋深大于３０　ｍ。　表１　各探井湿陷量统计表　

强夯法在处理湿陷性黄土中的研究

强夯法在处理湿陷性黄土中的研究

第４卷第１期　华北科技学院学报　２００７年１月　强夯法在处理湿陷性黄土中的研究①　刘海波②，刘玉丽　（１．北京科技大学土木与环境工程学院，北京１０００８３；２．华北科技学院基础部，北京东燕郊１０１６０１）　摘　要：从工程应用出发，阐述了强夯法在处理湿陷性黄土地基的加固机理以及强夯技术在处理黄土地基　中的有效加固深度、夯击能等的确定，并对夯点的布置、夯击遍数和间歇时间和夯击加载机具的选择进行了　介绍。　关键词：湿陷性黄土；强夯法；地基；夯击能；加固深度　中图分类号：ＴＵ４７５　．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２～７１６９（２００７）０１—００７２—０３　强夯法是１９６９年由法国工程师Ｌ．Ｍｅｎａｒｄ　首先提出的，并于２０世纪７０年代末引进我国，经　过３０多年的发展，已广泛地应用于工业与民用建　筑、仓库、油罐、公路和铁路、飞机场跑道及码头的　地基处理中，是一种行之有效的地基处理方法。　强夯法施工简便，速度快，可基本达到预期的地基　处理深度，能有效地改善地基承载力，基本消除地　震可能产生的地基液化，并且不受施工季节性的　限制…１。由于我国湿陷性黄土地基分布较广，处　理湿陷性黄土地基的方法也很多，其中最常用、最　经济的方法就是强夯法。　１强夯法处理失陷性黄土地基的加固机理　目前对强夯机理的认识尚不统一，一般认为：　地基经强夯后，其强度提高的过程可分为４个阶　段。第一阶段：夯击能量转化，同时伴随强制压缩　或振密（包括气体的排出、孔隙水压力上升）；第　二阶段：土体液化或土体结构破坏（表现为土体强　度降低或抗剪强度丧失）；第三阶段：排水固结压　密（表现为土体渗透性能改变、裂隙发展、强度提　高）；第四阶段：触变恢复并伴随固结压密（包括　部分自由水分又变成薄膜水，土的强度继续提　高）。其中第一阶段是瞬间完成的，第四阶段是在　强夯终止后很长时间才能完成（可长达几个月以　上）。Ｉ２］　２强夯技术在处理黄土地基中的应用　采用强夯技术进行黄土地基加固处理，在工　程界已经得到广泛的应用，但至今尚无成熟的计　算方法，通常是针对工程实际情况、地质条件、适　用要求及其它工程的经验，初步选定设计参数，再　通过现场试验的验证和必要的修改后，最终确定　适合现场的设计参数。　２．１确定有效加固深度　根据不同路段的黄土湿陷等级、湿陷起始压　力、黄土层厚度、路基填土高度、构造物设置情况　确定加固深度。强夯处理的有效深度范围一般为　４～８　１ＴＩ。施工中一般采用１００～２００　ｋＮ重锤１０　－２０　１ＴＩ落距进行夯击湿陷性黄土。强夯的有效　加固深度、夯锤、落距的相互关系可利用公式（１）　进行估算。　ｈ：　两　（１）　式中　——强夯的有效加固深度，ｍ；　Ｍ——夯锤重，ｋＮ；　Ｈ——落距，ｍ；　志——修正系数，志＝０．３－０．５；　——重力加速度，ｍ／ｓ２。　２．２确定夯击能　夯击功能是强夯加固效果的重要标志。它是　指对地基土施加功能的统称。其中包括有单击夯　击功能和夯击次数概念。显然，单击夯击功能越　大，夯击次数越多，加固效果越好，所需使用施工　机具也越笨重，施工费用越大。　研究与实践表明：单击夯击功能基本上决定　了强夯加固的有效范围；夯击次数则主要在于提　高有效范围的加固效果，当然对有效加固范围也　有一定影响。　２．２．１单点夯击能　一般根据加固土层的厚度以及选用吊机的大　①收稿日期：２００６．１２—１２　②作者简介：刘海波（１９７７一），男，黑龙江哈尔滨人，北京科技大学工木与环境工程学院硕士研究生。