濕陷性黃土地基處理在工程中的運用

陸曼華

（大連化工研究設(shè)計院，遼寧大連 116023）

濕陷性黃土地基處理在工程中的運用

陸曼華

（大連化工研究設(shè)計院，遼寧大連 116023）

通過對濕陷性黃土地基的濕陷性進行分析，結(jié)合具體工程特點，提出對此種地基處理的方法及施工中的注意事項。

濕陷性黃土；地基處理；換土墊層；技術(shù)措施

1 工程概況

陜西某化工集團，擬建場地地處渭河二級階地后部，場地比較開闊，地層自上而下由第四系人工堆積（Q4ml）雜填土、全新統(tǒng)堆積（Q4）黑壚土，上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q32eol）黃土、古土壤和中更新統(tǒng)沖、洪積（Q2al＋pl）粉質(zhì)粘土構(gòu)成。主要工程地質(zhì)問題為擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ級，濕陷深度為10.5m，地下水位為－14.2～14.4m。設(shè)計過程中，根據(jù)場地周圍建筑的實際情況，濕陷深度及濕陷類別，地質(zhì)報告對場地的評價及建議，采用了灰土換填法?，F(xiàn)就場地黃土濕陷性的情況、地基處理方法、上部結(jié)構(gòu)所采取的技術(shù)措施等論述如下。

2 濕陷性黃土的概念及特性

非飽和的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定天然黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的，叫濕陷性黃土，否則就叫非濕陷性黃土。濕陷性黃土的這種特性，無論是作為建筑結(jié)構(gòu)的地基、建筑材料或地下結(jié)構(gòu)的周圍介質(zhì)，如果在設(shè)計施工時沒有認(rèn)真考這一特性而采取相應(yīng)的措施，就會影響建、構(gòu)筑物的正常使用和安全性，且給建設(shè)單位造成經(jīng)濟損失，反之，如果采取的措施太保守，也將增加投資，造成浪費。

2.1 濕陷性黃土的形成和劃分

黃土是以風(fēng)力搬運沉積又沒有經(jīng)過次生擾動的、無層理的黃色粉質(zhì)、含碳酸鹽類并具有肉眼可見的、大孔的土狀沉積物（也稱原生黃土），其它成因的、黃色的、又具有層理和夾有砂、礫石層的土狀沉積物稱為黃土狀土（也稱次生黃土）。黃土在自然狀態(tài)下，通常強度較高，壓縮性較小，在遇水浸濕后，有的土在其自重作用下也會發(fā)生較大的下沉變形，強度也隨之降低，有的土則不發(fā)生下沉。在上覆土自重應(yīng)力作用下產(chǎn)生濕陷的為自重濕陷性黃土，在自重應(yīng)力與外荷載引起的附加應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生濕陷的為非自重濕陷性黃土［1］。

2.2 濕陷變形的特性指標(biāo)

評價濕陷性黃土的指標(biāo)有：濕陷系數(shù)、濕陷起始壓力和濕陷起始含水量，以濕陷系數(shù)為最主要參數(shù)。濕陷系數(shù)是指土單位厚度的環(huán)刀切樣，在一定壓力下，下沉穩(wěn)定后，試樣浸水飽和所產(chǎn)生的附加下沉，它通過室內(nèi)側(cè)限浸水壓縮試驗確定。

我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025—2004對濕陷性黃土按濕陷系數(shù)0.015和自重濕陷量70mm作為分界值進行了劃分：

1）當(dāng)濕陷系數(shù)δs小于分界值時，定義為非濕陷性黃土，反之定義為濕陷性黃土。

2）自重濕陷量的實測值Δ′zs或計算值Δzs大于分界值時，定義為自重濕陷性黃土場地，反之定義為非自重濕陷性黃土場地，自重濕陷量的實測值和計算值出現(xiàn)矛盾時，以實測值為準(zhǔn)。

根據(jù)濕陷量的計算值和自重濕陷量的計算值等因素將濕陷性黃土劃分為（Ⅰ級）輕微、（Ⅱ級）中等、（Ⅲ級）嚴(yán)重、（Ⅳ級）很嚴(yán)重四個級別。

3 濕陷性黃土地基處理方法的選擇

濕陷性黃土地基處理的目的，就是采用機械手段，對基礎(chǔ)下的濕陷性黃土進行加固處理，或更換另一種材料，改變基土的物理性質(zhì)，達(dá)到消除濕陷性，減少壓縮和提高承載力的目標(biāo)，其中大多以消除濕陷性為主。濕陷性黃土地基的處理范圍和處理厚度應(yīng)根據(jù)建筑類別、基礎(chǔ)形式、基底面積、基底壓力、地基土的類型、濕陷等級、各土層的濕陷系數(shù)以及濕陷起始壓力沿深度的分布情況來確定。

國內(nèi)目前對濕陷性黃土地基較常用的處理方法有：土（或灰土）墊層、重錘夯實、強夯、土（或灰土）擠密、深基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)、預(yù)浸水法、硅化法。應(yīng)根據(jù)建筑類別、濕陷性黃土的特性、施工條件和材料的可能性等，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，加以選用，有時會采用兩種以上的處理方法，保證處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件。（現(xiàn)就陜西某化工集團煅燒重灰廠房自重濕陷性黃土地基中地質(zhì)報告建議采用的兩種處理方法進行論述。）

3.1 灰土和素土墊層法

擬建的煅燒、重灰廠房為丙類建筑，根據(jù)擬建場地地質(zhì)詳勘報告，場地濕陷性土層的最大厚度為10.5m，場地的濕陷類型屬自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級（中等），而地下水位為－14.2～14.4 m，濕陷性土層都在地下水位以上，經(jīng)濟及施工技術(shù)要求都比較好，根據(jù)勘察試驗資料計算，地基土層處理2.5m后的剩余濕陷量Δ＝22.65～33.12cm；地基土層處理4.5m后的剩余濕陷量Δ＝12.1～17.88cm；滿足規(guī)范未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不大于200mm的要求。采用灰土換填，把基底以下一定土層厚度的濕陷性黃土層挖除，然后用3∶7灰土分層夯實或碾壓，壓實系數(shù)不小于0.95，它消除了墊層范圍內(nèi)土層的濕陷性，減少地基的壓縮性，提高地基的承載力，這種方法施工簡單，對周圍環(huán)境及建筑影響小，經(jīng)這種處理后的地基承載力可顯著提高，一般為250kPa左右。如果采用建筑物下整片墊層處理，這樣既可以消除基底以下部分黃土的濕陷性，同時借助于整片灰土（土）墊層的隔水效果，可預(yù)防水從室內(nèi)外滲入地基，保護建筑物范圍內(nèi)下部未處理的濕陷性黃土不致受水浸濕，以免發(fā)生不均勻沉降。

3.2 樁基礎(chǔ)

在濕陷性黃土地區(qū)采用樁基礎(chǔ)，將樁穿透濕陷性黃土層，在非自重濕陷性黃土場地，樁端應(yīng)支撐在壓縮性較低的非濕陷性土層中，則可以認(rèn)為全部消除地基土層的濕陷性，在自重濕陷性黃土場地，樁端應(yīng)支撐在可靠的土層中。濕陷性黃土地區(qū)樁基礎(chǔ)一般采用打入樁、靜壓樁鉆孔或人工挖孔灌注樁及沉管灌注樁等，近年來使用較多的為鉆孔（人工挖孔灌注樁），在蘭州等濕陷性黃土濕陷性較強烈的地區(qū)大多為端承樁，西安、河南等濕陷性相對較弱的地區(qū)大多為端承樁或摩擦端承樁。在濕陷性黃土地區(qū)采用的樁基礎(chǔ)與其它地區(qū)有一點不同，就是應(yīng)該考慮樁的負(fù)摩擦力問題。所謂負(fù)摩擦力，就是浸水后的自重濕陷性黃土層，土的下沉速率大于樁的下沉速率時，土對樁側(cè)表面產(chǎn)生向下的摩擦力，通常認(rèn)為，樁的負(fù)摩擦力只出現(xiàn)在自重濕陷性黃土地基中，而非自重濕陷性黃土地基中的樁基側(cè)不用考慮，但多年來的濕陷性黃土地基樁基工程的經(jīng)驗證明，非濕陷性黃土地基，浸水后的樁基仍然可能產(chǎn)生負(fù)摩擦力，雖然負(fù)摩擦力的數(shù)值比自重濕陷性黃土地區(qū)要小得多，在有些情況下也不能忽視。

濕陷性黃土層浸水后將產(chǎn)生濕陷，但樁在荷載作用下也將產(chǎn)生下沉。在樁的上部，土層的下沉大于樁的位移，因而產(chǎn)生負(fù)摩擦力，在樁的下部，土的下沉小于樁的位移，將產(chǎn)生正摩擦力。在負(fù)摩擦力過渡為正摩擦力處，有一個“中性點”，該點處樁的位移與土的下沉相等，因而摩擦力為零。計算負(fù)摩擦力時，只考慮“中性點”以上部分，也就是負(fù)摩擦力的計算深度。在濕陷性黃土場地的實驗證明，中性點的位置基本位于濕陷性黃土與其下非濕陷性黃土的交界部位。因此負(fù)摩擦力的計算深度應(yīng)等于樁在濕陷性黃土層的全部樁長，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定樁負(fù)摩擦力的大小，在施工樁基時，特別是灌注樁成孔后必須清底干凈，防止影響樁的樁端承載力，引發(fā)事故。

4 應(yīng)用實例

本工程為某化工集團60kt／a普通煅燒重灰廠房，由兩個框架單體廠房和中間帶一個煅燒單層鋼結(jié)構(gòu)廠房組成。由于此工程是在老廠區(qū)內(nèi)部新加改擴建工程，場地周圍有其它廠房和構(gòu)筑物，場地狹小，不能采用樁基及其它的地基處理方式，故根據(jù)場地現(xiàn)有情況，采用以下結(jié)構(gòu)技術(shù)措施：

1）地基處理措施

在建筑物基礎(chǔ)下采用整片灰土墊層的地基處理方法，將基礎(chǔ)下4.5m厚土層挖除，用3∶7灰土回填，分層壓實，分層厚度為300mm左右，壓實系數(shù)≥0.95，整片墊層處理范圍，每邊超出建筑物基礎(chǔ)外邊緣的寬度應(yīng)≥4.5m，墊層施工時，應(yīng)在每層表面下2／3厚度處取樣檢驗土的干密度≥16kN／m3，取樣數(shù)量為100m2每層3處，墊層施工完畢應(yīng)進行現(xiàn)場載荷試驗，地基承載力特征值≥180kPa。

2）結(jié)構(gòu)措施

基礎(chǔ)采用剛度比較大的筏板基礎(chǔ)，增加結(jié)構(gòu)的整體性，調(diào)整不均勻沉降所帶來的上部結(jié)構(gòu)變形問題，煅燒廠房和重灰廠房之間的單層結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)屋架，與兩側(cè)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)實行鉸接連接，以調(diào)整不均勻沉降帶來的結(jié)構(gòu)變形問題。

3）防水措施

妥善處理建筑物的雨水排水系統(tǒng)，室內(nèi)地坪高出室外地坪450mm，采用有組織外排水，選用耐用材料的水落管，其末端離散水面不應(yīng)大于300mm，建筑物的外圍應(yīng)設(shè)散水，散水外邊緣應(yīng)略高于平整后的場地，散水應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土澆筑，其下設(shè)置3∶7灰土墊層。

采用此方法處理后的地基和上部結(jié)構(gòu)，經(jīng)過幾年的使用，效果良好，其上部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)現(xiàn)有大的變形，值得欣慰。

5 結(jié) 語

綜上所述，在濕陷性黃土地基上設(shè)置灰土（土）墊層，在我國是一種傳統(tǒng)的地基處理方法，已有近二千年的歷史，施工簡單，造價低，被廣泛采用。樁基礎(chǔ)中的樁穿透濕陷性黃土層，支承于可靠持力層上，可全部消除地基的濕陷性，能完全保證建筑物的安全，這兩種地基處理方法在實際工程中也都取得了良好的經(jīng)濟效益，積累了一定的施工經(jīng)驗，只要按照施工規(guī)范控制施工質(zhì)量，就能取得良好的效果。

［1］ 顧曉魯，錢鴻縉，劉慧珊，汪時敏.地基與基礎(chǔ)（第二版）［M］：北京中國建筑工業(yè)出版社，1993

［2］ GB50025－2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］

TU 472

B

1005－8370（2012）06－27－03

2012－08－06