孔內深層強夯法處治濕陷性黃土地基效果分析

摘要：為消除濕陷性黃土濕陷性，提升地基承載力，文章提出采用孔內深層強夯法進行加固處治。根據施工現場實際情況制定孔內深層強夯法處治方案，并在完工后采用靜荷載試驗開展單樁承載力和樁間土承載力檢測，計算得出各試驗點地基承載力特征值均＞200 kPa，達到了要求。另外，完工后濕陷性黃土地基孔隙比明顯下降，干容重和壓縮模量提高，地基土濕陷性基本消除，承載力明顯提升，說明采用孔內深層強夯法處治達到了預期效果。

關鍵詞：濕陷性黃土地基；孔內深層強夯法；靜荷載試驗；樁間土

中圖分類號：U418.5 A 24 074 3

0 引言

山西省內黃土分布廣泛，很多地區的黃土具有濕陷性，對公路施工會造成一定程度的危害。濕陷性黃土遇水后強度下降，路基結構會產生較大沉降［1］，因此公路施工前必須對濕陷性黃土進行加固處理。據相關統計，山西省大約有50%的公路路基途經濕陷性黃土路段。以往公路工程建設施工過程中，在濕陷性黃土的處治方面積累了大量的施工經驗［2］。但是各個地區濕陷性黃土的性質存在一定的差異，必須因地制宜制定加固方案，提升處治效果。常用的濕陷性黃土處理方法有強夯法、超挖換填法、沖擊壓實法和灰土擠密樁處治等［3］。為滿足不同類型濕陷性黃土的加固處治要求，根據濕陷性黃土的成因、工程特性等各方面因素制定處治方案，工后采取措施進行質量檢驗。本文結合某高速公路濕陷性黃土地基加固處治施工實踐，采用孔內深層強夯法進行處治，工后采用靜載荷試驗對地基承載力進行檢測，確定處治效果。

1 工程概況

山西省內某高速公路采用雙向六車道設計，整體式路基設計寬度為33.5 m，分離式路基設計寬度為16.75 m，其中行車道寬度為3.75 m，設計行車速度為100 km/h。設計荷載采用公路-Ⅰ級，橋梁涵洞設計洪水頻率為1/100，地震動峰值加速度為0.20 g。該道路為山西省內重要的運煤通道，可有效減輕城市周邊的交通運輸壓力。另外，該高速公路的建設還有利于加強交流、繁榮商品流通，有利于周邊旅游事業的發展，服務地方經濟的發展。

高速公路所處區域為大陸性季風氣候，四季分明，春季干旱少雨多風；夏季炎熱多雨，其中7～8月份為雨季，降雨量較大；秋季晴朗少雨晝夜溫差較大；冬季寒冷多風降雨較少。該地區年最冷月份出現在1月，最低氣溫為-21 ℃，最熱月份為7月，最高溫度可達到39 ℃。公路沿線途經黃土地區，其中K66+385～K75+200段為濕陷性黃土路段。該施工區域黃土主要為第四紀更新世的馬蘭黃土狀土，黃土層中垂直裂隙發育。經現場取樣檢測，K66+385～K85+200段黃土濕陷等級為中等。該路段濕陷性黃土層厚度為8.5～10 m，路基填筑高度為3～6 m。為提升該路段濕陷性黃土地基承載力，必須采取措施進行加固處治，擬采用孔內深層強夯法進行處治，并在施工現場布設臨時排水設施，做好排水處理。

2 濕陷性黃土地基孔內深層強夯法處治方案

2.1 孔內深層強夯法處治方案

孔內深層強夯法簡稱DDC樁法，是在強夯技術的基礎上發展起來的，按照“動力固結”機理對濕軟地基進行處治［4］，通過在施工現場采用重錘夯擊成孔，然后在孔內回填素土、灰土等材料，最后使用異型重錘自下而上分層夯實孔內填料，形成穩定的樁體，可有效提升地基土變形模量，降低沉降，地基承載力可提升2～9倍?？變忍盍显谥劐N夯實作用下，進一步擠密樁孔周邊土體，進一步提升地基土和樁體復合地基結構抗變形能力［5］，進而提升了地基土密實度和抗剪強度，有效改善地基土變形特性，提升地基承載力。

在施工現場選取K72+300～K72+400段作為試驗路段，長度為100 m。通過現場地質勘察，得出試驗段地基土物理力學參數如表1所示。

試驗段濕陷性黃土地基采用孔內深層強夯法加固處治，主要施工方案如下：該項目試驗段孔內深層強夯法設計樁徑為d=1.0 m，樁長為11 m，樁間距為4.5 m，采用正三角形布置，加固區域為整個路基寬度范圍，并向兩側延伸≥2 m。填料選擇2∶8灰土，石灰粒徑控制在10～20 mm，土顆粒粒徑不超過樁孔直徑的1/8，有機質含量≤10%。隨拌隨用，按施工進度制備，放置時間應≤24 h。嚴格控制灰土填料含水量，雨淋后不得使用。重夯機重錘質量為10 t，回填前先對孔底進行空夯，然后分層填筑，分層夯實。嚴格控制單次填料用量和錘擊次數，保證夯實質量?？變壬顚訌姾环扼w施工完成后，挖除樁頭后全幅強夯一遍，夯實能≥1 000 kN·m。強夯后整平采用16 t重型壓路機碾壓＞5遍，然后分層攤鋪300 mm后灰土墊層。

孔內深層強夯法處治濕陷性黃土地基效果分析/楊姣姣

2.2 確定夯擊次數

在K72+300～K72+400段試驗段內選取5個測點，分別位于K72+316、K72+342、K72+358、K72+374和K72+395斷面。按照上述孔內深層強夯法施工方案進行試夯，在夯擊過程中觀測得到沉降量，整理觀測結果如表2所示。

分析表2數據可知，在夯擊5遍以前，沉降量隨夯擊次數的增加而大幅增加，5遍以后沉降增速趨緩。隨夯擊次數的增加沉降量隨之增加，但二者之間沒有明顯的線性關系。夯擊7遍后相鄰兩擊的沉降量＜30 mm，因此確定夯擊次數為8擊，具體根據強夯施工過程中沉降觀測結果確定。另外，在強夯施工過程中，應注意控制夯錘落地位置，防止夯錘傾斜產生躍變現象。

3 濕陷性黃土地基處治效果檢測分析

3.1 靜荷載試驗方案

該項目采用靜荷載試驗對濕陷性黃土地基孔內深層強夯法加固效果進行檢測。試驗段復合地基承載力檢測共開展了6組試驗，每組試驗測點包括一組單樁靜荷載試驗和一組樁間土靜荷載試驗。

3.1.1 單樁靜荷載試驗方案

先后選取6個試驗點，在有代表性的測樁上開展單樁靜荷載試驗。試驗最大荷載為600 kN，共分9級加載，其中一級加載荷載為120 kN，而后每增加一級荷載即增加60 kN。在加載過程中對樁頂沉降量進行監測，收集繪制荷載-沉降量（P-S）曲線，分析確定單樁地基承載力特征值。

3.1.2 樁間土靜荷載試驗方案

同樣選取6個試驗點，在有代表路段樁間開展靜荷載試驗。試驗最大荷載為400 kN，也分9級加載，其中一級加載荷載為80 kN，而后每增加一級荷載即增加40 kN。在加載過程中對地基頂面沉降量進行監測，收集繪制荷載-沉降量（P-S）曲線，分析確定樁間土地基承載力特征值。

3.1.3 復合地基承載力計算方法

該項目孔內深層強夯樁間距S=4.5 m，計算得出等效影響圓直徑de=1.05，S=4.725 m。直接通過靜荷載試驗確定復合地基承載力難度較大，因此通過靜荷載試驗分別確定單樁和樁間土承載力特征值fpk和fsk，按式（1）計算確定復合地基承載力fspk，計算公式如下：

fspk=mfpk+（1-m）fsk（1）

式中：m——面積置換率，m=d2/（1.05 s）2=0.045。

3.2 單樁靜荷載試驗結果分析

按照靜荷載試驗規程開展試驗，各試驗段單樁靜荷載試驗結果和樁間土靜荷載試驗結果如圖1和下頁圖2所示。

分析圖1和圖2可知，在試驗荷載達到最大值時，單樁和樁間土P-S曲線均沒有出現明顯的比例界線點，即試驗荷載未達到極限荷載，因此取S/d=0.01，即沉降量S=7.05 mm時所對應的荷載值作為承載力特征值。按照上述計算方法，單樁承載力fpk、樁間土地基承載力fsk和復合地基承載力fspk特征值計算結果如表3所示。

分析表2數據可知，采用孔內深層強夯法處治后，濕陷性黃土地基承載力得到了明顯提升，各試驗點地基承載力均超過了200 kPa，最小值為220 kPa，均達到了設計要求，說明采用孔內深層強夯法處治可有效消除濕陷性黃土的濕陷性，提升地基承載力。

3.3 樁間濕陷性黃土地基擠密效果分析

為確定濕陷性黃土地基加固后樁間土的濕陷性，完工后在施工現場取樣檢測樁間土的濕陷系數和其他物理力學指標。濕陷性黃土地基加固處治后，在試驗段分別選取試驗點，開挖18個探槽，對不同深度、不同位置的復合地基樁間土進行取樣，先后取樣150份原狀土樣，進行濕陷性檢測，試驗結果如表4所示。

分析表3所示試驗結果，得出全部土樣的濕陷系數均＜0.015，說明采用孔內深層強夯法處治后絕大多數地基土的濕陷性被消除。另外，孔內深層強夯法處治后樁間土孔隙比大約下降了21.4%，干重度提高了22.9%，壓縮模量提高了501.8%，說明處治后地基土壓縮性明顯下降，密實度顯著提升，地基承載力得到了有效提升。

4 結語

以某高速公路濕陷性黃土地基為研究對象，根據地基勘察結果制定孔內深層強夯法加固方案，并在完工后開展靜荷載試驗和現場探孔取樣試驗，分析試驗結果得出以下結論：

（1）根據單樁承載力和樁間土靜荷載試驗檢測結果，計算得出各試驗點復合地基承載力特征值均＞200 kPa，滿足設計要求。

（2）分析樁間土探孔土樣試驗檢測結果，可知加固處治后地基土的壓縮性明顯下降，消除了地基土的濕陷性，提升了濕陷性黃土地基的承載力。

總之，采用孔內深層強夯法處治后有效消除了地基土的濕陷性，地基承載力明顯提升，達到了預期加固效果。

參考文獻

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［3］徐文濤，董寶志，于永堂，等.直接強夯法處理低含水量大厚度濕陷性黃土的效果分析［J］.地基處理，2022，4（S1）：134-143.

［4］許宏麗.強夯法處理濕陷性黃土地基施工技術要點分析［J］.四川建材，2022，48（1）：81-82.

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收稿日期：2023-07-12