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[摘要] 本文主要介绍了强夯及强夯置换法处理黄土湿陷性及提高地基承载力的对比试验过程及检测结果，并根据试验结果进行分析比较，试验结果表明强夯置换可以显著提高地基承载力。
[关键词] 强夯强夯置换法黄土地基承载力
1.前言
强夯法是处理黄土地基的一种有效方法，具有设备简单、工期短、施工方便、经济易行等优点。强夯置换法是在强夯法的基础上发展起来的，采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩，一般分为点式置换与整式置换法。
强夯置换法用于处理黄土地基，需通过试验确定消除黄土湿陷性的效果。山西某段高速公路拟采用强夯置换法进行地基处理，为确定强夯置换法消除黄土湿陷性及提高地基承载力的效果，在两块相邻的区域上进行了强夯及强夯置换法的对比试验。
2. 场地工程地质条件
场地土主要物理力学指标见表1所示，经分析场地主要地层由上而下依次为：
①黄土（粉土）：黄褐色，稍湿、稍密；局部夹粉细砂透镜体薄层；最大厚度为12.0m，平均厚度为6.8m；湿陷等级主要为非自重湿陷I（轻微）级，个别为中等（II）自重湿陷性黄土，在场地范围内普遍分布。
②粉土：褐黄色～灰黄色，湿～饱和、稍密～中密；局部夹粉细砂透镜体薄层；最大厚度为39.8m，平均厚度为12.3m。地下水水位埋深在11.0～13.0米之间。
表1场地土主要物理力学指标
续表1 场地土主要物理力学指标
3.地基处理试验方案设计
地基处理试验区面积分别为28×28m，相邻布置。
3.1强夯设计参数为：
夯击遍数为：共分三遍：主夯、满夯、拍夯。
夯点布置为：主夯点按方格网布置，间距为7.2m，满夯点为主夯点加固夯和主夯点的间夯，拍夯为搭接夯。
夯击能为： 主夯点单击夯击能为5000kN·m、满夯点单击夯击能为3000kN·m、拍夯点单击夯击能为1400kN·m。
夯击次数为：主夯点17～18击、满夯点为10～11击、拍夯点为2～3击。
停夯要求： 主夯点、满夯点在满足夯击次数的要求下，还要达到主夯点最后两击平均夯沉量不大于100mm，满夯点最后两击平均夯沉量不大于50mm的要求。
3.2强夯置换设计：
夯点布置、夯击遍数及停夯标准同强夯设计参数。
强夯置换填料设计：强夯置换填料为天然级配碎石土，要求最大粒径小于300mm，填料方式为点式置换法，主夯点填料，满夯点、拍夯点不填料。
由于主夯点夯坑内填入碎石土，做用于地基土的有效夯击能会有所减小，为消除黄土湿陷性，按下列设计原则进行夯坑填料：主夯点首先夯击10击，形成夯坑，然后用天然级配碎石土填满夯坑，继续夯击7～8击，直至满足停夯要求。
4.施工过程
强夯机采用QU25型履带式起重机，双支撑支架，自动脱钩装置，夯锤底面为圆形，直径为2.65m，底面积为5.51m2，锤重为27.8t，主夯点起吊高度为18.0m，满夯点起吊高度为10.8m，拍夯点起吊高度为5.0m。锤体沿轴线对称设4个D=490mm排气孔。
强夯及强夯置换施工工艺流程为：
(1) 清理并平整施工场地，按设计标高整平起夯面；
(2) 标出第一遍夯点位置；
(3) 起重机就位，使夯锤对准夯点位置；
(4) 测量夯前锤顶高程；
(5) 将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程并记录夯击次数，若因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时将坑底整平；
(6) 重复步骤(5)，按规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；
(7) 重复步骤(3)至(6)，完成第一遍全部夯点的夯击；
(8) 用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量对表层松土拍夯2～3击，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。
5强夯及强夯置换试验检测结果
试验过程中，利用各种检测方法对强夯及强夯置换试验进行了检测，包括夯沉量、探井取样、室内土工试验、标准贯入试验及平板载荷试验等各项目，通过对试验结果的分析，比较强夯及强夯置换对地基土的处理效果。
5.1夯沉量检测结果
强夯及强夯置换试验夯沉量检测结果见表2。
表2强夯及强夯置换夯沉量检测结果
根据表2，强夯置换主夯夯沉量小于强夯主夯夯沉量，满夯及拍夯夯沉量两种方案基本相同。强夯方案夯沉量主要发生在主夯过程中，其占总夯沉量的53.5％，满夯夯沉量占总夯沉量的34.2%。强夯置换方案由于主夯过程中进行了填料，夯沉量主要发生在满夯过程中，其主夯夯沉量占总夯沉量的23.7%，满夯夯沉量占总夯沉量的61.0％。且其主夯夯沉量与主夯点填料量有关。
5.2室内土工试验及原位测试结果
强夯及强夯置换两种地基处理方案，夯前夯后地基土(①黄土)的主要物理力学指标、湿陷系数列于表3。
表3强夯及强夯置换后地基土(①黄土)主要物理力学指标、湿陷系数
根据表3中的数据可以看出，强夯及强夯置换后场地地基土(①黄土)的主要物理力学性质指标：干重度、天然孔隙比、压缩系数、压缩模量及标准贯入试验击数等指标比較接近，相比地基处理前都有明显的改善，说明强夯及强夯置换对场地地基土都有较好的加固作用。
根据强夯及强夯置换后地基土（①黄土)的湿陷系数，夯后地基土的湿陷性均全部消除。
5.3强夯及强夯置换影响深度
根据原位标准贯入试验结果绘制标贯随深度变化的曲线见图1。图1为根据夯后地基土原位测试结果，绘制的标贯随深度变化曲线。根据图1强夯及强夯置换方案对地基土的加固效果基本一致，影响深度均可达9.0m，其中2.0m～5.0m深度范围内地基土的加固效果最为显著。
图1标贯随深度变化曲线
5.4平板载荷试验结果
在强夯及强夯置换后的地基土分别布置了2组6个点平板载荷试验，以确定处理后地基土的承载力及变形模量。
图2 强夯载荷试验P～S曲线
图3 强夯置换载荷试验P～S曲线
根据强夯及强夯置换处理后地基土的载荷试验结果，确定的地基土承载力特征值及变形模量列于表4。
表4地基土承载力特征值及变形模量
由于强夯置换方案在地基土表层形成了一层硬壳层，根据载荷试验结果，其承载力特征值比强夯方案有较大的提高，可以满足电厂冷却塔建筑物对地基土承载力较高的设计要求。
6.结论
①根据试验结果，强夯及强夯置换处理后地基土的各项指标相比处理前均有明显的改善，其改善幅度基本相同。
②根据试验中的施工工艺，强夯置换方案消除黄土地基的湿陷性、影响深度同强夯方案处理效果基本一致。
③强夯置换相比强夯可以更大幅度的提高地基承载力，可以满足重要建筑物对承载力较高的要求。
通过本文的实践以及讨论，对强夯及强夯置换的设计、施工参数进行了验证，对处理效果进行了讨论分析，对设计、施工提供了有益的指导，取得了较好的成果。
参考文献:
[1] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）.
[2] 《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）.
[3] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002、J220-2002）.
[4] 《建筑地基基础检测规范》（DBJ15-60-2008）.
[5] 姚文凤，杨红玲. 强夯置换法地基处理技术在地基加固中的应用[J].西部探矿工程, 2004. (7).
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[关键词] 强夯强夯置换法黄土地基承载力
1.前言
强夯法是处理黄土地基的一种有效方法，具有设备简单、工期短、施工方便、经济易行等优点。强夯置换法是在强夯法的基础上发展起来的，采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩，一般分为点式置换与整式置换法。
强夯置换法用于处理黄土地基，需通过试验确定消除黄土湿陷性的效果。山西某段高速公路拟采用强夯置换法进行地基处理，为确定强夯置换法消除黄土湿陷性及提高地基承载力的效果，在两块相邻的区域上进行了强夯及强夯置换法的对比试验。
2. 场地工程地质条件
场地土主要物理力学指标见表1所示，经分析场地主要地层由上而下依次为：
①黄土（粉土）：黄褐色，稍湿、稍密；局部夹粉细砂透镜体薄层；最大厚度为12.0m，平均厚度为6.8m；湿陷等级主要为非自重湿陷I（轻微）级，个别为中等（II）自重湿陷性黄土，在场地范围内普遍分布。
②粉土：褐黄色～灰黄色，湿～饱和、稍密～中密；局部夹粉细砂透镜体薄层；最大厚度为39.8m，平均厚度为12.3m。地下水水位埋深在11.0～13.0米之间。
表1场地土主要物理力学指标
续表1 场地土主要物理力学指标
3.地基处理试验方案设计
地基处理试验区面积分别为28×28m，相邻布置。
3.1强夯设计参数为：
夯击遍数为：共分三遍：主夯、满夯、拍夯。
夯点布置为：主夯点按方格网布置，间距为7.2m，满夯点为主夯点加固夯和主夯点的间夯，拍夯为搭接夯。
夯击能为： 主夯点单击夯击能为5000kN·m、满夯点单击夯击能为3000kN·m、拍夯点单击夯击能为1400kN·m。
夯击次数为：主夯点17～18击、满夯点为10～11击、拍夯点为2～3击。
停夯要求： 主夯点、满夯点在满足夯击次数的要求下，还要达到主夯点最后两击平均夯沉量不大于100mm，满夯点最后两击平均夯沉量不大于50mm的要求。
3.2强夯置换设计：
夯点布置、夯击遍数及停夯标准同强夯设计参数。
强夯置换填料设计：强夯置换填料为天然级配碎石土，要求最大粒径小于300mm，填料方式为点式置换法，主夯点填料，满夯点、拍夯点不填料。
由于主夯点夯坑内填入碎石土，做用于地基土的有效夯击能会有所减小，为消除黄土湿陷性，按下列设计原则进行夯坑填料：主夯点首先夯击10击，形成夯坑，然后用天然级配碎石土填满夯坑，继续夯击7～8击，直至满足停夯要求。
4.施工过程
强夯机采用QU25型履带式起重机，双支撑支架，自动脱钩装置，夯锤底面为圆形，直径为2.65m，底面积为5.51m2，锤重为27.8t，主夯点起吊高度为18.0m，满夯点起吊高度为10.8m，拍夯点起吊高度为5.0m。锤体沿轴线对称设4个D=490mm排气孔。
强夯及强夯置换施工工艺流程为：
(1) 清理并平整施工场地，按设计标高整平起夯面；
(2) 标出第一遍夯点位置；
(3) 起重机就位，使夯锤对准夯点位置；
(4) 测量夯前锤顶高程；
(5) 将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程并记录夯击次数，若因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时将坑底整平；
(6) 重复步骤(5)，按规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；
(7) 重复步骤(3)至(6)，完成第一遍全部夯点的夯击；
(8) 用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量对表层松土拍夯2～3击，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。
5强夯及强夯置换试验检测结果
试验过程中，利用各种检测方法对强夯及强夯置换试验进行了检测，包括夯沉量、探井取样、室内土工试验、标准贯入试验及平板载荷试验等各项目，通过对试验结果的分析，比较强夯及强夯置换对地基土的处理效果。
5.1夯沉量检测结果
强夯及强夯置换试验夯沉量检测结果见表2。
表2强夯及强夯置换夯沉量检测结果
根据表2，强夯置换主夯夯沉量小于强夯主夯夯沉量，满夯及拍夯夯沉量两种方案基本相同。强夯方案夯沉量主要发生在主夯过程中，其占总夯沉量的53.5％，满夯夯沉量占总夯沉量的34.2%。强夯置换方案由于主夯过程中进行了填料，夯沉量主要发生在满夯过程中，其主夯夯沉量占总夯沉量的23.7%，满夯夯沉量占总夯沉量的61.0％。且其主夯夯沉量与主夯点填料量有关。
5.2室内土工试验及原位测试结果
强夯及强夯置换两种地基处理方案，夯前夯后地基土(①黄土)的主要物理力学指标、湿陷系数列于表3。
表3强夯及强夯置换后地基土(①黄土)主要物理力学指标、湿陷系数
根据表3中的数据可以看出，强夯及强夯置换后场地地基土(①黄土)的主要物理力学性质指标：干重度、天然孔隙比、压缩系数、压缩模量及标准贯入试验击数等指标比較接近，相比地基处理前都有明显的改善，说明强夯及强夯置换对场地地基土都有较好的加固作用。
根据强夯及强夯置换后地基土（①黄土)的湿陷系数，夯后地基土的湿陷性均全部消除。
5.3强夯及强夯置换影响深度
根据原位标准贯入试验结果绘制标贯随深度变化的曲线见图1。图1为根据夯后地基土原位测试结果，绘制的标贯随深度变化曲线。根据图1强夯及强夯置换方案对地基土的加固效果基本一致，影响深度均可达9.0m，其中2.0m～5.0m深度范围内地基土的加固效果最为显著。
图1标贯随深度变化曲线
5.4平板载荷试验结果
在强夯及强夯置换后的地基土分别布置了2组6个点平板载荷试验，以确定处理后地基土的承载力及变形模量。
图2 强夯载荷试验P～S曲线
图3 强夯置换载荷试验P～S曲线
根据强夯及强夯置换处理后地基土的载荷试验结果，确定的地基土承载力特征值及变形模量列于表4。
表4地基土承载力特征值及变形模量
由于强夯置换方案在地基土表层形成了一层硬壳层，根据载荷试验结果，其承载力特征值比强夯方案有较大的提高，可以满足电厂冷却塔建筑物对地基土承载力较高的设计要求。
6.结论
①根据试验结果，强夯及强夯置换处理后地基土的各项指标相比处理前均有明显的改善，其改善幅度基本相同。
②根据试验中的施工工艺，强夯置换方案消除黄土地基的湿陷性、影响深度同强夯方案处理效果基本一致。
③强夯置换相比强夯可以更大幅度的提高地基承载力，可以满足重要建筑物对承载力较高的要求。
通过本文的实践以及讨论，对强夯及强夯置换的设计、施工参数进行了验证，对处理效果进行了讨论分析，对设计、施工提供了有益的指导，取得了较好的成果。
参考文献:
[1] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）.
[2] 《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）.
[3] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002、J220-2002）.
[4] 《建筑地基基础检测规范》（DBJ15-60-2008）.
[5] 姚文凤，杨红玲. 强夯置换法地基处理技术在地基加固中的应用[J].西部探矿工程, 2004. (7).
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”