强夯法处理湿陷性黄土在铁塔建设上的运用

杨旭杰

深圳市鹏劳人力资源管理有限公司，青海西宁 810007

1 黄土和湿陷性黄土

1.1 黄土

黄土是一种粉砂质土疏松堆积物，颜色一般有浅黄、灰黄和黄褐色，孔隙较大且多孔，是一种特殊的粘性土。天然含水量较少，颗粒含量高，干燥时强度较大，但是遇水容易被冲蚀，崩解和湿陷。根据黄土沉积地质年代差异，可以将黄土分成老黄土、新黄土和红色黄土。其中新黄土分布广泛，和工程建筑关系紧密，一般具有湿陷性。

1.2 湿陷性黄土

湿陷性黄土中的主要成分是粉土颗粒，占总量的50%～70%，具有大孔、多孔和垂直节理。在天然和干燥状态下，湿陷性黄土具有压缩性低、强度高的特点，但是遇水强度会降低。其工程特性可以概括为以下几点：第一其塑性弱，液限一般；第二在天然状态下含水量较少，常处于半固态或者硬塑的状态；第三压实程度差，孔隙大且多孔；第四遇水容易崩解，抗水性差，失水收缩，遇水湿陷。其他还有比如透水性较强、强度较高等。湿陷性黄土的形成包括内在和内外两个原因，内在因素主要是和土粒间的抵抗滑移能力增强有关，这样土体的自重压密被阻止，形成一种集架空孔隙和集粒内微孔隙同时存在的多孔隙结构。当黄土遇水时骨架的强度便会降低，在各种压力的作用下结构被破坏，从而土粒向大孔滑移，粒间孔隙缩小而出现大量的沉陷。外在作用主要是水流的浸蚀和搬运作用有关，当水渗透进来后其水力梯度加大便会将黏土粒冲走从而使得黄土的孔隙变大。

2 黄土夯实的影响因素

2.1 含水量对强夯的影响

土体中含水量的多少以及变化会对土体的强度产生直接的影响。对于湿陷性黄土而言，其地基中的含水量较小，所以在强夯过程中，与其他加固饱和土地基相比，不会出现孔隙水扩散的现象，有利于强夯施工。

2.2 夯击过程中孔隙比对地基的影响

孔隙比指的是孔隙空间大小的一种变化，孔隙空间性增强，孔隙比就会减小。在采用强夯法对湿陷性黄土进行处理时，黄土在外界作用力下其孔隙大小会逐渐减小，由松散的状态变为密实的状态。湿陷性黄土本身含水量小，在夯击作用下土颗粒和孔隙的空间性增大，空隙减小。但是强夯法在实际应用中无法将土体中的气体和孔隙水全部排出，只是土颗粒之间位移经重新排列组合之后才出现变形。在强夯之后，土体密实度增加，孔隙比减小，土体中的含水量基本没有变化，不过饱和度上升。

2.3 夯锤的形状以及对强夯机的设备性能要求

在不同的工程施工中，在对不同土层结构进行强夯施工时不太可能使用相同形状的夯锤，如果使用相同形状的夯锤，由于地质情况和地层结构不同，所以无法取得良好的夯实效果。一般的夯锤是平底的，锤底的静压力在25～40kPa范围内。此外，在强夯中对于强夯机设备也有一定要求，首先，强夯机应该具有一定的适应能力，处理复杂地形时也能有较好的稳定性；其次，卷筒应该具有高弹出力性能和高制动能力；此外，发动机的功率要有一定量的储备，能够适应沉陷地面的转向移动。

3 强夯法原理、作用和应用优点

强夯法是一种动力固结或者动力压实的方法，基本方法是将重量级的锤子提到10m以上然后让其自由落下反复给地基冲击振动，从而可提高土体的强度而降低其压缩性，改善土体的性质。在利用强夯法处理湿陷性黄土施工前先要了解该方法的加固机理、对土体的作用以及在应用中有哪些优点。

3.1 强夯法加固机理

将重量约为10～40t的锤子放到空中10～30m的地方然后让其自由落下，对土体进行反复锤击和振动，土体在受到压力后会产生应力和冲击波，土体颗粒之间的接触形式发生改变，同时发生位移，这样土体的孔隙被压缩，局部出现液化，土体中的孔隙水和气体等通过周围裂缝所形成的排水通道排出。从而可以使土体固结，压缩性降低，密实度增大，强度提高。

3.2 强夯对于土体的作用

强夯法对土体的作用包括加密作用、液化作用、固结作用和时效作用。其中加密作用指的是通过强夯冲击排出土体中的空气，压缩液化气体的体积和封闭的气泡。在夯实以后可减少土体中的水分和空气，这样土体的密实度就会提升。其次，液化作用是指重锤锤击的能量通过冲击荷载形式作用在土体上，气体被压缩，孔隙水压力增大，土颗粒表面结合水膜被扰动，土体中含气量逐渐减少，孔隙水压力上升，从而发生局部液化。再次，土体在自然状态下应力是由孔隙水和土体骨架颗粒共同承受，但是在强夯冲击之下，孔隙水排出，所以其中应力只能由土体骨架颗粒一方承受，这样土体便会发生固结。此外，强夯是有时效性的，强夯时孔隙水排出，压力减少，土体局部发生液化，强度逐渐下降。这时土体处于崩解状态中，土颗粒间靠近，自由水变成了吸附水，形成新结合水膜，从而土体的强度又开始恢复。

3.3 强夯法的施工优点和效果

利用强夯法进行铁塔的建设施工，和其他施工方法相比具有一定的优势。主要是土体在经过强夯作用之后，其对上部建筑物的承受力提升，土体强度提升，经过夯实以后的地基其强度可以提升2～5倍左右，压缩性可降低2～10倍，加固影响深度可达6～10m。此外，强夯时所采用的设备是履带式起重机，所以操作比较简单，便于施工管理控制，工作效率高、速度快。比较适合用于湿陷性黄土、粉土和碎石土的地基处理中，尤其被广泛应用于采用一般加固方法难以加固的大块碎石土和杂填土的处理中。不过值得注意的是，强夯法也有振动大，对周围居民影响大，对含水量敏感，有施工场地要求等缺点，所以在施工中建立隔离区，施工中要控制机械设备的稳定性，加强施工管理，避免重锤直接触碰混凝土块等硬物。

4 强夯法处理湿陷性黄土在铁塔建设上的施工工艺

4.1 施工前准备

在强夯施工之前，首先应该做好一系列的施工前准备。比如要对铁塔建设范围内的地下构筑物以及各种管线进行检查，了解这些结构的位置和标高，并采取保护措施避免对原有建筑物造成破坏。然后需要在施工场地上设立试验区进行试验性施工。在确定强夯的参数后制定强夯试验的方案并进行试夯。另外，在试夯的过程中也要加强监测和相关信息的记录和合作能力分析，制定施工组织方案，然后交由监理方审查在经过同意后才可以开始施工。

4.2 夯点布置和强夯

在强夯施工中先要合理布置夯点，一般可布置成正三角形和正方形，可便于强夯施工。其次，根据建筑物的类型和特点确定强夯的范围，一般要大于基础范围。夯点之间的距离要根据地基土壤的性质和地基施工的要求来确定，一般是1.5～2.5倍的夯锤直径为夯点间的距离。此外，强夯的遍数也要根据地基土壤的性质来定，一般是3～4遍，尤以3遍居多。在第1遍和第2遍施工中，夯点是方格网布置，每一个方格网设置一个夯位，每个夯位连夯，夯击结束后需要检查夯沉量，最后两击的平均夯沉量不可以超过5cm，对于饱和细粒土，夯击的次数要根据孔隙水压力的增减来确定，也就是在土层局部发生液化时的击数就是这一遍的夯击数。在第三遍夯击时采用低能量满面拍夯，使地表层松土夯实加固，夯位中心距离为1.5m。此外，在强夯施工中要注意相邻夯击两遍之间的间歇时间，一般渗透性较差的粘性土地基间歇时间要在3周以上，渗透性好的地基土壤，第2遍和第1遍夯击时间间隔也要保持在4d以上。

4.3 强夯法的施工管理

在采用强夯法进行铁塔建设施工中湿陷性黄土处理时，所需要做好的施工管理工作如下：首先要做好编号工作，包括对夯点位置的编号要规范清晰，对于强夯机械设备也要进行编号，夯锤应该过磅称重，其要满足施工标准才能进行施工。其次，要做好测量工作的监督，夯点定位布置采用钢尺测量，对于垫层铺设前后的标高使用水准仪测量并确定垫层的厚度。再次，对于间歇时间要根据现场实际情况进行调整，在地基处理时要根据黄土湿陷类型施工并做好施工排水和防水工作。此外，要求施工现场配备专业的质检人员和安全生产管理人员，加强对现场施工质量管理，采用一定的安全措施。相关人员必须要做好现场强夯施工记录，对于施工所产生的振动、噪音等需要采用隔震沟进行消除，避免对周围建筑物和居民造成影响。

5 结语

综上所述，湿陷性黄土对于建筑工程有着严重的破坏作用，在湿陷性黄土区域进行铁塔建设时，应该先采取合理的措施对这些湿陷性黄土进行处理，加固土体，使地基强度提升。而采用强夯法的方式由于其效果显著、施工工艺简单、施工简便、易于管理和控制等优点，所以可被应用于湿陷性黄土的处理中，这样对于土体加固、地基强度加强，以及提高整个铁塔建筑结构的稳定性具有很重要的意义。

[1] 杨校辉，黄雪峰，朱彦鹏，等.大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和湿陷性评价试验研究[J].岩石力学与工程学报，2014（5）：1063-1074.