CN106149673B - 湿陷性黄土深部预浸水强夯法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法，首先，依据地勘和设计要求，分析确定部分或全部消除黄土湿陷性能的最小处理深度和处理范围；然后，在处理范围内均匀布设注水孔，下放注水导管，并对钻孔深部区域进行预浸水处理直至深部土体基本饱和，湿陷性消除；最后，对场地浅部土层进行强夯处理，消除其湿陷性能，提高地基承载能力。本发明可有效解决目前日益增多的“挖山填谷”新近形成的深厚湿陷性黄土场地或地基的处理难题，一次性全部消除任意厚度湿陷性黄土地层的湿陷性能，具有工艺简单、施工期短、造价低廉的优势和特点。

Description

湿陷性黄土深部预浸水强夯法

技术领域

本发明涉及一种场地或地基的处理方法，特别涉及一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法。

背景技术

黄土在地球上分布很广，面积达1300万km²，约占陆地总面积的9.3％。我国黄土的分布面积约63万km²，集中分布在被称为中央黄土高原的陕、甘、晋、宁等省区，尤以陕北、关中最具代表性。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，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害性大。因此，国家制定了《湿陷性黄土地区建筑规范(GB 50025-2004)》(下文简称《规范》)，强调在湿陷性黄土地区进行建设，应根据湿陷性黄土的特点和工程要求，因地制宜，采取以地基处理为主的综合措施，改善土的物理力学性质，减小或消除地基的湿陷变形，防止地基浸水湿陷，减小和调整建筑物的不均匀沉降，使上部结构适应地基的变形，避免对建筑物产生危害。

对于湿陷性黄土地基的处理，《规范》给出了垫层法、强夯法、挤密法以及预浸水法等几种常用方法，每种地基处理方法有其适用范围及可处理的湿陷性黄土层厚度的经验值。同时强调，甲类建筑应消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上；乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。而当基础宽度大或湿陷性黄土层厚度大，处理地基压缩层深度的2/3，或全部湿陷性黄土层深度的2/3确有困难时，在建筑物范围内应采用整片处理，其处理厚度不应小于4～6m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不宜大于150mm(乙类建筑)和200mm(丙类建筑)。由于《湿陷性黄土地区建筑规范》编制期间所采集的工程样本大都是既有天然黄土场地，对于乙、丙类建筑地基为避免地基处理过严，造成建设投资过大，采用整片处理方式，和最小处理厚度与剩余湿陷量双指标控制具有一定的匹配度和可操作性。但随着经济建设高速发展，利用“挖山填谷”方式新近形成的大面积高填方(厚度大于20m)的黄土场地越来越多，其湿陷性特征从上至下一般较为均衡且都相当严重，导致按规范“下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不宜大于150mm(乙类建筑)和200mm(丙类建筑)”条件控制下的最小处理厚度远大于规范要求的4～6m，接近全部湿陷性黄土层深度，从而导致湿陷性黄土地基各种常用处理方法无所适从，或处理费用高昂，处理工期过长。然而，《规范》“下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不宜大于150mm(乙类建筑)和200mm(丙类建筑)”的控制条件对于日后建筑物的正常使用和安全显然意义重大，不容置疑。因此，如何研发湿陷性黄土地基处理新技术，适用新形势下的黄土地区基本建设要求，做到规范、安全、经济、合理，是摆在岩土工程技术人员面前的一道新的重大课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法，简称为DPD(深部Deep，预浸水Prewetting，强夯Dynamic)法。要解决目前日益增多的“挖山填谷”新近形成的深厚湿陷性黄土场地或地基的处理难题，做到规范、安全、经济、合理。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,包括如下施工步骤：

步骤1、分析确定部分或全部消除黄土湿陷性能的最小处理深度和处理范围；

步骤2、注水钻孔设计与施工，并在处理范围内均匀布设注水钻孔；

步骤3、钻孔内下放注水导管；

步骤4、深部土层预浸水处理，即对钻孔深部区域进行预浸水处理直至下部土体基本饱和，湿陷性消除；

步骤5、场地浅层强夯处理，即对场地上部一定厚度土层进行强夯处理，消除其湿陷性能，提高地基承载能力；

步骤6、地基检验、竣工验收。

进一步地，上述步骤1中，依据地勘资料、相关规范和设计要求，通过计算分析，综合确定部分或全部消除黄土湿陷性能的最小处理深度和处理范围；当场地地质情况复杂、湿陷性黄土层厚度分布变化较大时，应分区计算最小处理深度。

进一步地，上述步骤2中，注水钻孔设计参数应根据现场钻孔深部预浸水试验，结合处理面积、水源情况、工期要求综合确定，当缺乏试验资料时，参考下列设计参数结合工程经验确定：

注水钻孔间距s：为6～12m，应根据现场钻孔深部预浸水试验情况确定，地层渗透性能好，工期时间长时取大值，渗透性能差，工期紧时取小值；同时，根据浸水施工过程中地面沉陷分布情况结合地勘资料分析适当增减注水钻孔数量；

注水钻孔深度L：按计算确定，其中：h为湿陷性黄土最小处理深度；s为注水钻孔间距；

注水钻孔直径d：取70～150mm。

注水量估算Q：注水量按进行估算，其中：

k—损耗系数，取1.05～1.10；

v—拟预浸水加固土的总体积，m³；

—地基处理前土的平均干密度，t/m³；

—地基处理前土的平均含水量，％；

S_r—拟预浸水范围土体目标饱和度，当湿陷性黄土的饱和度接近于80％时，湿陷性基本消除；

注水钻孔施工采用地质钻机成孔工艺。

进一步地，上述步骤3中，注水钻孔成孔后即可下放注水导管，注水导管采用直径Φ＝40～60mm的PVC管；注水导管在强夯影响深度范围内不开孔，强夯影响深度范围以下注水导管段每间隔500mm均匀开设直径为Φ5～10mm的泄水孔，打孔加工后外裹土工织物滤水层并捆扎结实，平稳下放至孔底深度；为保证注水过程不扰动或过度浸湿上部土层，影响下步强夯施工，应在注水钻孔一定深度位置设置自动停灌装置，确保孔内水位不超过该标高面。

进一步地，上述步骤4中，完善好注水输送系统后即开始深部预浸水施工，并安排专人负责注水作业，密切关注各孔位注水过程及孔内水位状况，及时做好浸水时间、耗水量和场地湿陷量的测试记录工作，当注水渗透速度较慢时，应采取分段间隔注水，深部预浸水注水施工时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。

进一步地，上述步骤5中，当现场注水施工结束，或注水作业不影响强夯施工的前提下，及时插入强夯施工，消除浅部黄土层的湿陷性能，提高地基承载力；强夯主夯能级根据场地或地基使用要求及需处理黄土层深度，参考相应规范和工程经验确定。

进一步地，上述步骤6中，强夯施工结束，深部预浸水湿陷变形稳定后，即可依据《湿陷性黄土地区建筑规范(GB 50025-2004)》和设计要求进行地基质量检验，重新评定地基土的湿陷性，并按相关标准进行工程竣工验收。

特别是，上述步骤1中，浸水区域边缘至既有建筑物的安全距离取30m；上述步骤2中，S_r取80％；上述步骤5中，强夯主夯能级取3000kN.m。

特别是，上述步骤2中，现场钻孔深部预浸水试验包括浸水时间、耗水量、湿陷范围和湿陷量的测试；

特别是，上述步骤3中，在强夯加固深度以上0.5m处设置自动停灌装置。

本发明自身以及与其它地基处理现有施工方法相比具有以下特点和有益效果：

1、本发明的主要思想是解决目前大量遇到的“挖山填谷”新近形成的深厚湿陷性黄土场地或地基的处理难题。针对场地建筑布局及使用要求，结合湿陷性黄土地基常用处理工法预浸水法和强夯法的各自优缺点，扬长避短，巧妙组合，形成一套深厚湿陷性黄土场地或地基的综合处理技术，可有效解决目前规范要求和常用方法很难实现的地基浅层处理和场地剩余湿陷量双指标协调控制的难题。本发明工法可操作性强，简便实用，出具的处理方案可做到规范、安全、经济、合理，也为目前城市建设中“挖山填谷”大量出现的新近高填方湿陷性黄土场地和地基的有效处理提供了一种可靠的技术思路和方法，应用前景极为广阔。

2、本发明不是传统湿陷性黄土处理的预浸水法与强夯法的简单相加，也与传统的预浸水法或强夯法有着本质的区别，具体如下：

(1)本发明钻孔深部预浸水与浅层强夯处理可平行施工，工期缩短，费用降低。由于本发明采用的是钻孔深层注水浸润模式，对孔内水位采用自动停灌装置进行严格控制，避免注水过程中对浅部土层产生扰动或过分湿润，可有效保持场地的可夯性条件，使强夯处理能够及时插入，平行施工，缩短工期，费用降低。而传统预浸水法是采用地表浸水坑渗透模式，在保持浸水坑内的水头高度不小于300mm的条件下，对整个处理场地进行浸泡式作业，致使场地自上而下全部饱和，消除6m以下黄土全部湿陷性，6m以上部分尚应采用垫层法或其他方法处理。由于上部土层在浸水施工中处于饱和状态，不仅给下步地基处理造成困难，而且浸水结束后还需要相当长时间的晾晒和干燥过程方可进行下步施工处理作业，导致工期很长，处理费用很高。

(2)本发明可一次性消除全部黄土地层的湿陷性能。预浸水法可以消除黄土地基6m以下全部湿陷性，但6m以上尚应采用垫层法或其他方法处理，即便也采用强夯法，尚需等待相当长的时间待上部被浸润饱和土层晾晒至接近最优含水量时方可进行强夯施工，不仅工期过长还需分两次完成。而单纯的强夯法尽管目前最高能级可达20000kN.m，但其有效处理深度也仅能达到20m左右，对于20m以下部分黄土湿陷性能的消除也就无能为力了，并且处理费用及其昂贵。

(3)本发明工艺简单、地层适应性强，质量更加可靠。本发明采用钻孔深部注水模式，用水量少，工艺简单，便于操作；强夯法在处理深度范围内消除黄土湿陷性能是最为便捷有效的处理方法，预浸水法理论上可消除深部湿陷性黄土层的全部湿陷性，因此，本发明采用深部预浸水强夯施工工艺，地层适应性强，理论上可以一次性消除任意厚度湿陷性黄土的全部湿陷性能，技术潜力大；在深部预浸水的过程中，及时插入强夯施工，不仅大大缩短了施工工期，还可促使深部土层在上部土体静压力以及强夯动力荷载及其残余后效力的共同作用下加速完成浸水湿陷过程，消除液化性能，质量更加可靠。

3、本发明处理方法与湿陷性黄土强夯处理过程中的加水湿润措施也有本质区别：

(1)加水范围不一样。本发明是对强夯处理影响深度范围以下土层进行注水预处理；而强夯处理过程中的加水湿润措施是在强夯处理影响深度范围以内进行。

(2)加水目的不同。本发明针对深部土层浸水预处理，目的是消除深部黄土层全部湿陷性能；而强夯处理过程中的加水湿润是使被加固土层含水量有所提高并接近最优含水量，以提高强夯处理压实效果。

(3)加水方式不同。本发明采用钻孔方式，通过注水导管对深部黄土层进行注水，并需严格控制注水钻孔中静水位标高；而强夯处理过程中的加水一般是通过表层洒水湿润地面模式，或在强夯处理影响深度范围内尤其浅层区域钻孔灌水漫流进行，并且仅为少量加水湿润，否则会导致被夯土体含水量过高，形成橡皮土。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明湿陷性黄土深部预浸水强夯法施工示意图。

附图标记：1—注水钻孔；2—注水导管；3—强夯设备；h—最小处理深度；h1—强夯处理深度；h2—注水导管下部开孔段长度；h3—注水导管注水下渗有效影响高度；s—注水钻孔间距。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明的核心思想是，解决目前大量遇到的“挖山填谷”新近形成的深厚湿陷性黄土场地或地基的处理难题。针对场地建筑布局及使用要求，结合湿陷性黄土地基常用处理工法预浸水法和强夯法的各自特点和优势，扬长避短，巧妙组合，形成一套深厚湿陷性黄土场地或地基的综合处理技术，有效解决目前规范要求和常用方法很难实现的地基浅层处理和场地剩余湿陷量双指标协调控制的难题。

发明的实施例参见图1，本发明的湿陷性黄土深部预浸水强夯法，首先，依据地勘资料和设计要求，分析确定部分或全部消除黄土湿陷性能的最小处理深度h和处理范围；然后，在处理范围内均匀布设注水钻孔1，下放注水导管2，并对钻孔深部区域进行预浸水处理直至下部土体基本饱和，湿陷性消除；最后，对场地上部一定厚度湿陷性黄土地层进行强夯处理，消除其湿陷性能，提高地基承载能力，从而满足规范对于湿陷性黄土地区建筑地基消除黄土湿陷处理深度、控制剩余湿陷量和地基承载力的要求。具体施工步骤为：

步骤1、依据地勘资料、相关规范和设计要求，通过计算分析，综合确定部分或全部消除黄土湿陷性能的最小处理深度h、强夯处理深度h1、深部预浸水段范围(h2+h3)和平面处理范围；当场地地质情况复杂、湿陷性黄土层厚度分布变化较大时，应分区计算最小处理深度h。由于本发明采用的是深部土层预浸水，对浸水区周边影响范围明显减小，故浸水区域边缘至既有建筑物的安全距离可小于规范控制值，仅依据强夯施工距建筑物的安全距离确定即可，一般可取30m。

步骤2、注水钻孔1设计参数应根据现场钻孔深部浸水试验(浸水时间、耗水量、湿陷范围和湿陷量)，结合处理面积、水源情况、工期要求等条件综合确定，当缺乏试验资料时，也可参考下列设计参数结合工程经验确定：

注水钻孔间距s：一般为6～12m，应根据现场钻孔深部预浸水试验情况确定，地层渗透性能好，工期时间长时可取大值，渗透性能差，工期紧时应取小值；同时，可根据浸水施工过程中地面沉陷分布情况结合地勘资料分析适当增减注水钻孔数量。

注水钻孔深度L：可按计算确定(其中：h为湿陷性黄土最小处理深度；h3为注水导管注水下渗有效影响高度；s为注水钻孔间距)；

注水钻孔直径d：一般取70～150mm。

注水量估算Q：注水量可按进行估算，其中：

k—损耗系数，可取1.05～1.10；

v—拟预浸水加固土的总体积(m³)；

—地基处理前土的平均干密度(t/m³)；

—地基处理前土的平均含水量(％)；

S_r—拟预浸水范围土体目标饱和度，当湿陷性黄土的饱和度接近于80％时，湿陷性可基本消除，建议取80％。

注水钻孔施工可采用地质钻机成孔工艺。

步骤3、注水钻孔1成孔后即可下放注水导管2，注水导管2可采用直径Φ＝40～60mm的PVC管。注水导管2在强夯影响深度范围内不开孔，强夯影响深度范围以下注水导管段每间隔500mm均匀开设直径为Φ5～10mm的泄水孔，打孔加工后外裹土工织物滤水层并捆扎结实，平稳下放至孔底深度。为保证注水过程不扰动或过度浸湿上部土层，影响下步强夯设备3施工，应在注水钻孔1一定深度位置(一般为强夯加固深度以上0.5m)设置自动停灌装置，确保孔内水位不超过该标高面。

步骤4、完善好注水输送系统后即可开始深部预浸水施工，并安排专人负责注水作业，密切关注各孔位注水过程及孔内水位状况，及时做好浸水时间、耗水量和场地湿陷量(地面沉降量)的测试记录工作，当注水渗透速度较慢时，应采取分段间隔注水，深部预浸水注水施工时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。

步骤5、当现场注水施工结束，或注水作业不影响强夯设备3施工的前提下，可及时插入强夯施工，消除浅部黄土层的湿陷性能，提高地基承载力。强夯主夯能级根据场地或地基使用要求、强夯处理深度h1(即需处理黄土层深度)，参考相应规范和工程经验确定，一般可取3000kN.m。

步骤6、强夯施工结束，深部预浸水湿陷变形稳定后，即可依据《规范》和设计要求进行地基质量检验，重新评定地基土的湿陷性，并按相关标准进行工程竣工验收。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,其特征在于，包括如下施工步骤：

步骤1、分析确定部分或全部消除黄土湿陷性能的最小处理深度和处理范围；

步骤2、注水钻孔设计与施工，并在处理范围内均匀布设注水钻孔；注水钻孔设计参数应根据现场钻孔深部预浸水试验，结合处理面积、水源情况、工期要求综合确定，当缺乏试验资料时，参考下列设计参数结合工程经验确定：

注水钻孔间距s：为6～12m，应根据现场钻孔深部预浸水试验情况确定，地层渗透性能好，工期时间长时取大值，渗透性能差，工期紧时取小值；同时，根据浸水施工过程中地面沉陷分布情况结合地勘资料分析适当增减注水钻孔数量；

注水钻孔深度L：按计算确定，其中：h为湿陷性黄土最小处理深度；s为注水钻孔间距；

注水钻孔直径d：取70～150mm；

注水量估算Q：注水量按进行估算，其中：

k—损耗系数，取1.05～1.10；

v—拟预浸水加固土的总体积，m³；

—地基处理前土的平均干密度，t/m³；

—地基处理前土的平均含水量，％；

S_r-拟预浸水范围土体目标饱和度，当湿陷性黄土的饱和度接近于80％时，湿陷性基本消除；

注水钻孔施工采用地质钻机成孔工艺；

步骤3、钻孔内下放注水导管；注水钻孔成孔后即可下放注水导管，注水导管采用直径Φ＝40～60mm的PVC管；注水导管在强夯影响深度范围内不开孔，强夯影响深度范围以下注水导管段每间隔500mm均匀开设直径为Φ5～10mm的泄水孔，打孔加工后外裹土工织物滤水层并捆扎结实，平稳下放至孔底深度；为保证注水过程不扰动或过度浸湿上部土层，影响下步强夯施工，应在注水钻孔一定深度位置设置自动停灌装置，确保孔内水位不超过标高面；在强夯加固深度以上0.5m处设置自动停灌装置；

步骤4、深部土层预浸水处理，即对钻孔深部区域进行预浸水处理直至下部土体基本饱和，湿陷性消除；

步骤5、场地浅层强夯处理，即对场地上部一定厚度土层进行强夯处理，消除其湿陷性能，提高地基承载能力；

步骤6、地基检验、竣工验收。

2.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,其特征在于：上述步骤1中，依据地勘资料、相关规范和设计要求，通过计算分析，综合确定部分或全部消除黄土湿陷性能的最小处理深度和处理范围；当场地地质情况复杂、湿陷性黄土层厚度分布变化较大时，应分区计算最小处理深度。

3.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,其特征在于：上述步骤4中，完善好注水输送系统后即开始深部预浸水施工，并安排专人负责注水作业，密切关注各孔位注水过程及孔内水位状况，及时做好浸水时间、耗水量和场地湿陷量的测试记录工作，当注水渗透速度较慢时，应采取分段间隔注水，深部预浸水注水施工时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。

4.根据权利要求3所述的一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,其特征在于：上述步骤5中，当现场注水施工结束，或注水作业不影响强夯施工的前提下，及时插入强夯施工，消除浅部黄土层的湿陷性能，提高地基承载力；强夯主夯能级根据场地或地基使用要求及需处理黄土层深度，参考相应规范和工程经验确定。

5.根据权利要求4所述的一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,其特征在于：上述步骤6中，强夯施工结束，深部预浸水湿陷变形稳定后，即可依据《湿陷性黄土地区建筑规范(GB50025-2004)》和设计要求进行地基质量检验，重新评定地基土的湿陷性，并按相关标准进行工程竣工验收。

6.根据权利要求5所述的一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,其特征在于：上述步骤1中，浸水区域边缘至既有建筑物的安全距离取30m；上述步骤2中，S_r取80％；上述步骤5中，强夯主夯能级取3000kN.m。

7.根据权利要求6所述的一种湿陷性黄土深部预浸水强夯法,其特征在于：上述步骤2中，现场钻孔深部预浸水试验包括浸水时间、耗水量、湿陷范围和湿陷量的测试。