研究应用山西湿陷性黄土情况及强夯法

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。