淺談濕陷性黃土地基的處理方法

解維軍　遲月婷

摘要：黃土地區(qū)經(jīng)常發(fā)生水土流失、地基濕陷、水庫(kù)邊坡、路塹及黃土源邊滑坡及崩塌等災(zāi)害性地質(zhì)活動(dòng)，對(duì)工農(nóng)業(yè)建設(shè)及人民生活經(jīng)常造成嚴(yán)重危害，所以采用適合的處理方法處理黃土的失陷性對(duì)工程具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；地基處理；強(qiáng)夯法；灰土擠密法

中圖分類(lèi)號(hào)：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）16-0143-02

在西北、華北地區(qū)常會(huì)遇到黃土地基處理問(wèn)題，通常包括低濕度濕陷性黃土以消除或減小濕陷變形危害為主要目的，同時(shí)需提高地基承載力的地基處理問(wèn)題，以及高濕度軟弱黃土（尤其是飽和黃土，多由濕陷性黃土飽水轉(zhuǎn)化而成，飽和度Sr﹥80%）以提高地基承載力、減少有害壓縮變形為目的的地基處理問(wèn)題。由于后者的工程特性多與一般粘性土類(lèi)似，主要應(yīng)考慮地基的壓縮變形，可按軟弱粘性土對(duì)待，而前者則主要應(yīng)考慮地基受水浸濕后的濕陷變形。

一、墊層法

墊層法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形，提高地基承載力，可將其分為局部墊層和整片墊層。當(dāng)僅要求消除基底下1～3m濕陷性黃土的濕陷量時(shí)，宜采用局部或整片土墊層進(jìn)行處理；當(dāng)同時(shí)要求提高墊層土的承載力或增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí)，宜采用局部或整片灰土墊層進(jìn)行處理。

墊層的設(shè)計(jì)主要包括墊層的厚度、寬度、夯實(shí)后的壓實(shí)系數(shù)和承載力設(shè)計(jì)值的確定等方面。墊層設(shè)計(jì)的原則是既要滿(mǎn)足建筑物對(duì)地基變形及穩(wěn)定的要求，又要符合經(jīng)濟(jì)合理的要求。同時(shí)，還要考慮以下幾方面的問(wèn)題：

1．局部土墊層的處理寬度超出基礎(chǔ)底邊的寬度較小，地基處理后，地面水及管道漏水仍可能從墊層側(cè)向滲入下部未處理的濕陷性土層而引起濕陷，因此，設(shè)置局部墊層不考慮起防水、隔水作用，地基受水浸濕可能性大及有防滲要求的建筑物，不得采用局部土墊層處理地基。

2．整片墊層的平面處理范圍，每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，不應(yīng)小于墊層的厚度，即并不應(yīng)小于2m。

3．在地下水位不可能上升的自重濕陷性黃土場(chǎng)地，當(dāng)未消除地基的全部濕陷量時(shí)，對(duì)地基受水浸濕可能性大或有嚴(yán)格防水要求的建筑物，采用整片土墊層處理地基較為適宜。但地下水位有可能上升的自重濕陷性黃土場(chǎng)地，應(yīng)考慮水位上升后，對(duì)下部未處理的濕陷性土層引起濕陷的可能性。

二、重錘表層夯實(shí)及強(qiáng)夯

重錘表層夯實(shí)適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基。一般采用2.5～3.0t的重錘，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黃土層的濕陷性。在夯實(shí)層的范圍內(nèi)，土的物理、力學(xué)性質(zhì)獲得顯著改善，平均干密度明顯增大，壓縮性降低，濕陷性消除，透水性減弱，承載力提高。非自重濕陷性黃土地基，其濕陷起始?jí)毫^大，當(dāng)用重錘處理部分濕陷性黃土層后，可減少甚至消除黃土地基的濕陷變形。因此在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地采用重錘夯實(shí)的優(yōu)越性較明顯。

強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理一般認(rèn)為，是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以沖擊和振動(dòng)，從而達(dá)到增大壓實(shí)度，改善土的振動(dòng)液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯加固過(guò)程是瞬時(shí)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過(guò)程。其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強(qiáng)度提高、孔隙擠密。

單點(diǎn)強(qiáng)夯是通過(guò)反復(fù)巨大的沖擊能及伴隨產(chǎn)生的壓縮波、剪切波和瑞利波等對(duì)地基發(fā)揮綜合作用，使土體受到瞬間加荷，加荷的拉壓交替使用，使土顆粒間的原有接觸形式迅速改變，產(chǎn)生位移，完成土體壓縮-加密的過(guò)程。加固后土體的內(nèi)聚力雖受到破壞或擾動(dòng)有所降低，但原始內(nèi)聚力隨土體密度增大而得以大幅提高；單點(diǎn)強(qiáng)夯如圖1所示，夯錘底下形成夯實(shí)核，呈近似的拋物線型，夯實(shí)核的最大厚度與夯錘半徑相近，土體成千層餅狀，其干密度大于1.85g/cm³；夯實(shí)核上下土體的變形與位移，在夯坑側(cè)壁呈現(xiàn)受震動(dòng)、擠壓和剪切作用產(chǎn)生擾動(dòng)破壞狀，其下及夯周土體加固破壞的范圍呈豎立鴨蛋型，如圖1所示：

滿(mǎn)夯的作用在于夯實(shí)點(diǎn)夯之間被擾動(dòng)但未能有效加固的土體，增強(qiáng)強(qiáng)夯區(qū)地基土體的整體性，有利于地基土形成復(fù)合地基，增加地基土的承載力，有效減少地基附加變形。

三、擠密樁法

擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時(shí)，先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質(zhì)粘土或粉土）或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯（搗）實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。通過(guò)成孔或樁體夯實(shí)過(guò)程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復(fù)合地基。值得注意的是，不得用粗顆粒的砂、石或其它透水性材料填入樁孔內(nèi)。

灰土擠密樁和土樁地基一般適用于地下水位以上含水量14%～22%的濕陷性黃土和人工黃土和人工填土，處理深度可達(dá)5～10米?；彝翑D密樁是利用錘擊打入或振動(dòng)沉管的方法在土中形成樁孔，然后在樁孔中分層填入素土或灰土等填充料，在成孔和夯實(shí)填料的過(guò)程中，原來(lái)處于樁孔部位的土全部被擠入周?chē)馏w，通過(guò)這一擠密過(guò)程，從而徹底改變土層的濕陷性質(zhì)并提高其承載力。其主要作用機(jī)理分兩部分：

（一）機(jī)械打樁成孔橫向加密土層，改善土體物理力學(xué)性能

在土中擠壓成孔時(shí)，樁孔內(nèi)原有土被強(qiáng)制側(cè)向擠出，使樁周一定范圍內(nèi)土層受到擠壓，擾動(dòng)和重塑，使樁周土孔隙比減小，土中氣體溢出，從而增加土體密實(shí)程度，降低土壓縮性，提高土體承載能力。土體擠密范圍，是從樁孔邊向四周減弱，孔壁邊土干密度可接近或超過(guò)最大干密度，也就是說(shuō)壓實(shí)系數(shù)可以接近或超過(guò)1.0，其擠密影響半徑通常為1.5～2d（d為擠密樁直徑），漸次向外，干密度逐漸減小，直至土的天然干密度，試驗(yàn)證明沉管對(duì)土體擠密效果可以相互疊加，樁距愈小，擠密效果愈顯著。

（二）灰土樁與樁間擠密土合成復(fù)合地基

上部荷載通過(guò)它傳遞時(shí)，由于它們能互相適應(yīng)變形，因此能有效而均勻地?cái)U(kuò)散應(yīng)力，地基應(yīng)力擴(kuò)散得很快，在加固深度以下附加應(yīng)力已大為衰減，無(wú)需堅(jiān)實(shí)的下臥層。

一般來(lái)說(shuō)，擠密樁可以按等邊三角形布置，這樣可以達(dá)到均勻的擠密效果。每根樁都對(duì)其周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的土體有一定的擠密作用，即使樁與樁之間有一小部分尚未被擠密的土體，因?yàn)槠渲車(chē)兄€(wěn)定的、不會(huì)發(fā)生濕陷的邊界這一部分也不會(huì)發(fā)生濕陷變形。樁與其周?chē)粩D密后的土體共同形成了復(fù)合地基，一起承受上部荷載。可以說(shuō)，在擠密樁長(zhǎng)度范圍內(nèi)土體的濕陷性已完全被消除處理后的地基與上部結(jié)構(gòu)渾然一體，即使樁底以下土后的土體即使有沉降變形，也是微小的和均勻的，不致對(duì)上部結(jié)構(gòu)形成威脅。樁的間距的大小直接影響到擠密效果的好壞，也與工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。

四、樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)既不是天然地基，也不是人工地基，屬于基礎(chǔ)范疇，是將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土（或巖）層，采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁，在成孔過(guò)程中將土排出孔外，樁孔周?chē)恋男再|(zhì)并無(wú)改善。但設(shè)置在濕陷性黃土場(chǎng)地上的樁基礎(chǔ)，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)阻力大幅度減小，甚至消失，當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，樁側(cè)的正摩阻力迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力。因此，在濕陷性黃土場(chǎng)地上，不允許采用摩擦型樁，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿(mǎn)足要求外，還應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁（包括端承樁和摩擦端承樁），其樁底端以下的受力層:在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是壓縮性較低的非濕陷性土（巖）層;在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是可靠的持力層。這樣，當(dāng)樁周的土受水浸濕，樁側(cè)的正摩阻力一旦轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力時(shí)，便可由端承型樁的下部非濕陷性土（巖）層所承受，并可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，以保證建筑物的安全與正常使用。

五、化學(xué)加固法

在我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)地基處理應(yīng)用很多，并取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法，其加固機(jī)理如下：

硅化加固濕陷性黃土的物理化學(xué)過(guò)程，一方面基于濃度不大的、粘滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中，另一方面溶液與土的相互凝結(jié)，土起著凝結(jié)劑的作用。

堿液加固：利用氫氧化鈉溶液加固濕陷性黃土地基在我國(guó)始于20世紀(jì)60年代，其加固原則為：氫氧化鈉溶液注入黃土后，首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽(yáng)離子發(fā)生置換反映，反映結(jié)果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物。

六、預(yù)浸水法

預(yù)浸水法是在修建建筑物前預(yù)先對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地大面積浸水，使土體在飽和自重應(yīng)力作用下，發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預(yù)浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強(qiáng)烈的自重濕陷性黃土場(chǎng)地。由于浸水時(shí)場(chǎng)地周?chē)乇硐鲁灵_(kāi)裂，并容易造成“跑水”穿洞，影響建筑物的安全，所以空曠的新建地區(qū)較為適用。

七、結(jié)論

本文論證了濕陷性黃土地基常用處理方法的選用原則、適用范圍、可能處理深度及效果，同時(shí)對(duì)各處理方法應(yīng)注意事項(xiàng)和可能帶來(lái)的負(fù)面作用等也進(jìn)行了概述，這為工程場(chǎng)地地基處理方案的選型論證及實(shí)施提供了技術(shù)支持。

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