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强夯法处理湿陷性黄土  2017-07-20

在湿陷性黄土地区重大工程项目建设中,对地基处理深度及防渗有较高要求时,超高能级强夯在消除深厚地基湿陷性,增强地基抗渗透能力方面有着非常好的性价比。在中石油庆阳石化公司搬迁改造项目中,我国首次在湿陷性黄土地区引进了15 000 kn·m超高能级强夯。本案例介绍了超高能级强夯处理中的强夯参数、施工要求,并通过夯前夯后室内试验,现场静载试验、静探试验的对比,取得了良好的效果,以期为超高能级强夯在黄土地区推广提供经验和为地基处理规范中强夯部分的修订提供参考。
接下来的几期,小夯会为大家推述15000 kn·m超高能级强夯法处理湿陷性黄土的应用研究。
黄土的湿陷性是因黄土的成分和组成结构而具有的一种特殊属性。它在天然含水率条件下,一般具有较高的强度,且其压缩系数不大。但是,在覆盖土层的自重压力下,或建筑物的附加压力的作用下,一旦受水浸湿,土的结构迅速破坏,承载力急剧降低,随之产生显著的附加下沉,从而使建筑物出现裂缝甚至破坏,把具备这种属性的黄土称之为湿陷性黄土。产生湿陷性的外在因素是受水浸湿,而内在因素则是黄土的成分组成和结构特征。湿陷性黄土区域进行工程建设时,必须充分考虑其湿陷性因素。
黄土湿陷的成因及机理
干旱或半干旱的气候是黄土形成的必要条件、季节性的短期雨水把松散的粉粒粘聚起来,而长期的干旱使土中水分不断蒸发,于是,少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉粒而成为胶结物。随着含水率的减少土粒彼此靠近,颗粒间分子引力以及结合水和毛细水的联结力也逐渐加大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力,阻止了土体的自重压密,于是形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙的黄土结构。附于砂粒和粗粉粒表面的细粉粒、粘粒、腐殖质胶体以及大量集合于大颗粒接触点处的各种可溶盐和水分子形成了胶结性联结,从而构成了矿物颗粒集合体。黄土受水浸湿时,结合水膜增厚楔入颗粒之间,于是,结合水联结消失,盐类溶于水中,骨架强度随着降低,土体在上覆土层自重应力或附加应力与自重应力共同作用下,其结构迅速破坏,土粒滑向大孔,颗粒孔隙减少。
对于非饱和土,强夯法消除黄土湿陷性的机理在于夯锤巨大的夯击能量所产生的振动波和动应力在土中传播,使土粒破碎或产生瞬间的相对运动,从而使孔隙中的水及气体迅速排出,孔隙体积减少,形成较密实的结构。振动波中的体波包括压缩波和剪切波,携带其中大约1/ 3 的能量向地下传播,当这部分能量释放在需要加固的土层上时,土体就得到了加固;另一类波称为面波如瑞利波,携带其余2/ 3 的能量,以夯坑为中心沿地表向四周传播,使周围介质产生振动,对地基压密没有效果。
地基土一般为不均匀的层状结构,土体中的孔隙为空气、水或是其它液体所填充。当夯击时,在压缩波能的作用下,土颗粒逐渐互相靠拢,因为气相的压缩性大于固相和液相的压缩性,所以气体部分首先排出,颗粒进行重新排列,由天然的紊乱状态进入稳定状态,孔隙减小。这种体积变化和塑性变化使土体在外荷载作用下达到新的稳定状态,同时在波动能量作用下,土颗粒和其间的液体也受力而产生变形,但是这些变形相对土体颗粒间的移动以及孔隙的减少来说是很小的,因此可以认为非饱和土的夯实加固过程就是土中气相被挤出的过程。其物理力学特性可降低而突变失稳,造成孔隙崩塌,因而引起附加的沉降。
强夯法加固是着眼于破坏土体结构,使微结构在遇水前崩塌,减少其孔隙,从而消除黄土的湿陷性,加固土体。

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