黃土的濕陷性及其常用地基處理方法分析

王振福

(山西晨輝商品混凝土配送有限公司，山西 晉中 030600)

1 黃土濕陷性概述

黃土的濕陷性主要是指黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后發(fā)生顯著的承載力降低和附加沉降現(xiàn)象。濕陷性黃土在天然濕度下具有很好的結(jié)構(gòu)性，強(qiáng)度很高，抗壓縮性很好;由于其欠壓密性，一旦受水浸濕將發(fā)生強(qiáng)度驟降和變形突增，常發(fā)生基坑下沉、建筑裂縫等工程危害，已越來越多地引起國(guó)內(nèi)外工程師們的關(guān)注。濕陷性黃土分布非常廣泛，在我國(guó)的山西、陜西、甘肅、河南、山東、遼寧、新疆、寧夏等部分地區(qū)均有黃色或褐黃色濕陷性黃土分布。

2 黃土濕陷機(jī)理

引起黃土濕陷的兩大基本條件是荷載和水。于是很多學(xué)者從這兩方面出發(fā)，從物理、化學(xué)、力學(xué)等方面對(duì)濕陷機(jī)理進(jìn)行了解釋。毛細(xì)管假說:認(rèn)為土粒聚集在砂粒之間的孔隙水中，在水分蒸發(fā)過程中，土粒在砂粒周圍形成絮凝結(jié)構(gòu)，支托砂粒。當(dāng)水進(jìn)入土中時(shí)，支托被分散，土粒間作用削弱，產(chǎn)生沉陷。溶鹽假說:認(rèn)為黃土中含有很多可溶鹽，當(dāng)含水量較低時(shí)，可溶鹽處于晶體狀態(tài)，對(duì)土顆粒起粘結(jié)作用;而當(dāng)受水浸濕后，可溶鹽溶解，土粒粘結(jié)作用消失，黃土產(chǎn)生濕陷。水膜楔入假說:認(rèn)為含水量較低時(shí)，顆粒之間結(jié)合水膜很薄，顆粒之間靜電引力很強(qiáng)，黃土強(qiáng)度較高。隨著含水量增加，土中粘結(jié)水膜變厚，隔開陰陽離子，使土粒分開，產(chǎn)生濕陷。膠體不足假說:認(rèn)為當(dāng)土中含有足量膠體時(shí)，由于其膨脹作用不會(huì)使土體產(chǎn)生濕陷;而膠體不足時(shí)，將導(dǎo)致濕陷發(fā)生。欠壓密理論:認(rèn)為在干旱、少雨時(shí)，黃土中水分蒸發(fā)，導(dǎo)致土粒間可溶鹽析出，形成膠體，阻礙了上面土體對(duì)下面土體的壓密作用，使黃土成為欠壓密結(jié)構(gòu)。當(dāng)受水浸濕后，膠粒溶解，使黃土產(chǎn)生下陷。結(jié)構(gòu)學(xué)說:認(rèn)為黃土具有架空體系，其連接強(qiáng)度主要源于毛細(xì)管力、雙電層引力、粒間摩擦及膠凝物質(zhì)。當(dāng)含水量增加時(shí)，毛細(xì)管力減弱甚至消失、雙電層引力下降，由于水的作用，膠凝物質(zhì)溶解，粒間摩擦減小，使土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，產(chǎn)生下沉。

3 黃土濕陷性地基處理

對(duì)濕陷性黃土的地基處理，規(guī)范規(guī)定:甲類建筑進(jìn)行地基處理，應(yīng)采取消除地基全部濕陷量、將基礎(chǔ)底面放置于非濕陷性黃土層、采用穿透濕陷性黃土層的樁基三者措施之一;乙類建筑進(jìn)行地基處理，在非自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷性土層的處理深度不應(yīng)小于地基壓縮層深度的2/3，在自重濕陷性場(chǎng)地不應(yīng)小于濕陷性土層厚度的2/3;對(duì)于丙類建筑，按照濕陷程度進(jìn)行不同程度的處理。

處理濕陷性黃土除了采用穿透濕陷性土層的樁基外，常用墊層法、擠密法、強(qiáng)夯法、浸水法、單液硅化或堿液加固法、孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法等。進(jìn)行地基處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地情況及各方法的特點(diǎn)，選用最適宜、經(jīng)濟(jì)、合理的方法。

墊層法:墊層法就地取材、因地制宜，對(duì)于淺層地基處理較實(shí)用。墊層法一般采用素土或灰土，采用素土?xí)r，一般選用粉質(zhì)粘土，其有機(jī)質(zhì)含量不能大于5%，且不能含有其他特殊性土;采用灰土?xí)r，體積配合比一般用2∶8或3∶7，土料用粉質(zhì)粘土，石灰用新鮮的消石灰。該方法處理濕陷土層厚度約1 m～3 m，可進(jìn)行整片或局部處理。該法地基處理質(zhì)量常用壓實(shí)系數(shù)來衡量，一般不大于3 m的墊層，壓實(shí)系數(shù)應(yīng)大于95%;大于3 m厚的墊層，其壓實(shí)系數(shù)應(yīng)大于97%。

擠密法:一般地基土的含水量大于24%、飽和度大于65%時(shí)不宜采用擠密法，其他甲、乙類建筑采用擠密法時(shí)需進(jìn)行試驗(yàn)取得必要的參數(shù)再進(jìn)行地基處理。該方法處理濕陷土層厚度約5 m～15 m，可采用三角形布孔，采用沉管、沖擊、夯擴(kuò)、爆擴(kuò)等方法成孔，孔內(nèi)再回填素土或灰土。填土壓實(shí)系數(shù)一般不應(yīng)小于97%。檢驗(yàn)時(shí)，檢測(cè)孔數(shù)不應(yīng)小于總孔數(shù)的2%。

強(qiáng)夯法:一般飽和度大于60%的濕陷土層不宜采用該法。采用該法時(shí)，應(yīng)選擇有代表性的地段進(jìn)行試夯，以確定施工所采用的夯錘質(zhì)量、落距及夯擊次數(shù)。夯擊時(shí)，夯錘的單位夯擊能一般取1000 kN·m/m2～4000 kN·m/m2，錘底靜壓力宜為25 kPa～60 kPa。場(chǎng)地含水量應(yīng)接近或略高于最優(yōu)含水量，最大偏差一般不大于3%。夯擊遍數(shù)一般2遍～3遍，最后一遍夯擊后，應(yīng)再以低能量滿夯2遍～3遍。強(qiáng)夯法土層濕陷處理檢驗(yàn)主要是取探井土樣進(jìn)行室內(nèi)濕陷試驗(yàn)。

浸水法:主要用來處理厚度大于10 m的濕陷性黃土和自重濕陷量大于500 mm的自重濕陷性黃土，采用浸水法可完全消除地面下6 m以下黃土的濕陷性。采用浸水法時(shí)，浸水坑邊至既有建筑物的距離不宜小于50 m;浸水坑邊長(zhǎng)不得小于濕陷性黃土層的厚度，且坑內(nèi)的水頭高度不宜小于300 mm。連續(xù)浸水時(shí)間應(yīng)根據(jù)濕陷變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)來確定。

單液硅化或堿液加固法:適用于處理地下水位以上、滲透系數(shù)0.50 m/d～2.00 m/d的濕陷性黃土。處理自重濕陷性黃土場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定其可行性。采用該法施工前，需采用單孔或者多孔灌注溶液的方法進(jìn)行試驗(yàn)來確定灌注溶液的時(shí)間、數(shù)量、速度、壓力等設(shè)計(jì)和施工參數(shù)。單液硅化或堿液加固法消除黃土濕陷情況的質(zhì)量檢測(cè)主要靠室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定處理后地基土的壓縮性和濕陷性來實(shí)現(xiàn)。

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法:主要用于處理不大于30 m深度范圍的濕陷性土層。采用該法前，應(yīng)通過試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)和施工參數(shù)。該法可采用機(jī)械鉆孔或沖擊成孔，機(jī)械鉆孔成孔直徑約400 mm～1500 mm，沖擊成孔直徑約500 mm～2000 mm?？變?nèi)填料可采用素土或灰土、水泥土等，夯填質(zhì)量通過靜力觸探或檢測(cè)填料壓實(shí)系數(shù)、樁間土擠密系數(shù)來確定。

4 典型工程實(shí)例

以上各地基處理方法中，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法因其適用范圍廣、相對(duì)造價(jià)低、減小環(huán)境污染、噪聲小、處理效果普遍較好，因而近年來得到很大推廣及應(yīng)用，工程實(shí)例如下:某工程為地上7層，剪力墻結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)×寬約為57.50 m×15.00 m，條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為2.30 m，基底壓力為200 kN。場(chǎng)地地層情況自上而下依次為:①填土，稍濕、稍密，層厚0.40 m～1.80 m;②濕陷性粉土，稍濕、稍密，中高壓縮性，為非自重Ⅱ級(jí)(中等)場(chǎng)地，自重濕陷量為36.24 mm，場(chǎng)地濕陷量為 374.05 mm，層厚 7.70 m ～ 10.30 m;③細(xì)中砂，稍密～中密，層厚1.10 m～5.00 m。

采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，三角形布樁，成孔樁徑400 mm，夯擴(kuò)至550 mm，樁距1100 mm，樁孔內(nèi)水泥土比為1∶6，有效樁長(zhǎng)9.50 m。場(chǎng)地共布樁847根。

施工完成后，在場(chǎng)地取9個(gè)探井間隔1.0 m取樣進(jìn)行室內(nèi)濕陷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有土樣濕陷變形系數(shù)均小于0.015，濕陷完全消除。

［1］GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］CECS 197∶2006，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程［S］.