濕陷性黃土地基濕陷機(jī)理及地基處理方法

侯建

(廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，陜西西安 710018)

濕陷性黃土地基濕陷機(jī)理及地基處理方法

侯建

(廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，陜西西安 710018)

介紹了濕陷性黃土的概念與特點，對濕陷性黃土的成因、濕陷機(jī)理、變化規(guī)律及濕陷性評價指標(biāo)進(jìn)行了研究，并對浸水法、單液硅化法、堿液加固法、擠密法等濕陷性黃土的地基處理方法作了闡述，以供參考。

濕陷性黃土，地基，土體，處理方法

1 濕陷性黃土的概念與特點

黃土具有在水的浸潤作用下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)迅速被破壞，土體分子之間的粘聚力迅速消失的特點，如果黃土地基上作用有荷載，那么這部分土體就會發(fā)生變形、沉降等現(xiàn)象，土體的強度也迅速下降，這個特點被稱之為黃土的濕陷性。黃土的濕陷性分為兩類，即非自重濕陷性黃土以及自重濕陷性黃土。

濕陷性黃土具有以下特點:首先是濕陷性，濕陷性就是黃土在泡水之后，土體本身所具有的鹽類物質(zhì)溶解，土體顆粒之間的作用力受到破壞，由于分子之間的間距變大，則很難再結(jié)合，從而形成類似于蜂窩的結(jié)構(gòu)。同時由于外荷載的作用，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)微裂縫，并迅速沿著土體顆粒之間的間隙發(fā)展，貫通，最終造成土體的剪切破壞與變形，形成濕陷性的特征。其次是膨脹性，黃土泡水之后雖然有些物質(zhì)會消解，但是土體的體積會增加，當(dāng)水分蒸發(fā)以后，體積又會縮小，這樣不斷循環(huán)，容易造成土體的崩解并開裂，如果黃土用在路基當(dāng)中，會嚴(yán)重影響路基的質(zhì)量。再次是黃土壓縮性低，最佳含水率較高，很難碾壓密實。最后是黃土的強度較高，基坑開挖如果能保持排水，則坡度的要求較小。

2 濕陷性黃土的濕陷機(jī)理以及濕陷評價

1)濕陷性黃土的成因。黃土是陜西、山西等地區(qū)的主要地貌，其土體是由于風(fēng)力作用從西邊搬運過來的堆積物經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)形成的，屬于在地質(zhì)時期受到過冷暖作用的古代的土壤，土體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)過程最主要的是沉積與固結(jié)，在這個變化過程當(dāng)中，土體的礦物以及土質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。黃土濕陷性的形成與氣候有著密不可分的關(guān)系，在干燥條件下形成的土體濕陷性較強，而在半干半濕的條件下形成的土體濕陷性較差，在比較濕潤的氣候條件下形成的土體濕陷性則不明顯。

2)濕陷性的機(jī)理。濕陷性的機(jī)理體現(xiàn)在黃土的力學(xué)性質(zhì)方面，黃土在受到水的影響的條件下，其內(nèi)部的剪切強度超過了抗剪強度，所以表現(xiàn)為土體的濕陷性。另外，土體在受到水的浸泡以后，土顆粒之間的摩擦力與粘結(jié)力也受到影響而降低，在這種情況下，由于外荷載的作用土體下沉，導(dǎo)致土體濕陷，最后是黃土在受到水的作用后，土體內(nèi)部發(fā)生了崩解，黃土顆粒之間的相互作用力減小，位置發(fā)生了變化，有一部分體積比較小的顆粒進(jìn)入了體積比較大的顆粒當(dāng)中，造成土體受力的不平衡，從而引起土質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞，造成土體濕陷。

3)濕陷性黃土變化的規(guī)律。隨著土體受力的增加，黃土的濕陷性系數(shù)也在不斷加大，當(dāng)土體受到的壓力達(dá)到一定的數(shù)量的時候，黃土的濕陷性也達(dá)到了最大值，在這個情況下，隨著壓力的進(jìn)一步增加，土體濕陷性反而減小，這個試驗表明，只有壓力大于濕陷性的初始壓力，不超過最高壓力的時候，浸水的黃土才會產(chǎn)生濕陷性變形，所以，在建設(shè)工程的設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計壓力的時候，應(yīng)當(dāng)設(shè)計傳遞到地基當(dāng)中的荷載小于濕陷性產(chǎn)生的初始壓力，或者要大于濕陷性產(chǎn)生的最終壓力，這樣才能夠減少濕陷性對于工程的影響。

另外研究表明，土體的濕陷性隨著土壤深度的增加，濕陷性慢慢降低，越是深的土體，濕陷性越小，因此工程的性質(zhì)也就越好。濕陷性也與黃土土體之間的間隙大小有關(guān)，間隙越大濕陷性就越大，間隙越小則濕陷性越小。在黃土發(fā)生濕陷的開始階段，隨著壓力的增加，黃土結(jié)構(gòu)之間的壓縮量也不斷加大，但是當(dāng)壓縮達(dá)到一定的范圍的時候，壓力的增大使得黃土結(jié)構(gòu)之間的壓縮量反而減小，濕陷性與水的關(guān)系就更加不言而喻，含水量增加會造成黃土濕陷性的增加，黃土含水量在初始與飽和之間的時候，土體的濕陷性隨著含水量的增加呈線性變化，如果黃土的密度很大，則土體不再具有濕陷性。

4)濕陷性黃土的濕陷性評價指標(biāo)。黃土土體的濕陷性等級，可以用D來表示。D表示單位厚度的黃土在受到水作用下，受到規(guī)定壓力發(fā)生的濕陷變形，可以對土體代表的濕陷性等級進(jìn)行定量標(biāo)識，地質(zhì)上對于土的濕陷性系數(shù)也有明確的劃分方法，如果D的數(shù)值大于0．015，則判斷為濕陷性黃土，如果D的數(shù)值小于0.015，則判斷為非濕陷性黃土，濕陷性黃土的等級在0.015～0.03之間的稱為輕微濕陷黃土，0.03～0.07之間的黃土稱為中等濕陷性黃土，而大于0.07系數(shù)的黃土稱為強烈濕陷性黃土，在實際檢測中，也常常以沉陷量是否大于70 mm來衡量場地的濕陷性，在黃土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，最先要考慮的就是使用非濕陷性黃土做地基，如果工程的規(guī)劃場地位于濕陷性黃土上，則應(yīng)當(dāng)盡量避免采用自重濕陷性黃土，而是要采用非自重濕陷性黃土，因為后者的要求要稍微低一些。

3 濕陷性黃土地基的處理方法

在濕陷性黃土的地基處理方法當(dāng)中，最常用的有浸水法、單液硅化法、堿液加固法、擠密法、換填法、強夯法等等，使用這些處理方法，最主要的是能夠改善土壤的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善土壤的力學(xué)性能，然后減弱或者消除地基的濕陷性。

1)浸水法。這種方法的原理是讓黃土先進(jìn)行濕陷變形，即用大面積的水對場地的黃土進(jìn)行浸泡，讓黃土在自重應(yīng)力的作用下發(fā)生濕陷而產(chǎn)生壓力，消除本身具有的濕陷，當(dāng)場地的土層大于10 m，自重濕陷性土層的厚度大于50 cm的時候，使用浸水法可以先把地面以下6 m范圍內(nèi)的土層濕陷性消除掉，當(dāng)然，使用這種處理方法的弊端是需要等待一段時間才能夠開始施工。

2)單液硅化法、堿液加固法。單液硅化法的原理是利用壓力把濃度較小，粘滯性也較小的硅酸鈉溶液注射進(jìn)入土體分子之間，利用化學(xué)反應(yīng)使得土體內(nèi)部的各種結(jié)構(gòu)互相凝結(jié)，從而形成堅固的結(jié)構(gòu)，具有很高的強度，從而對地基產(chǎn)生固化作用。而堿液加固法就是利用氫氧化鈉溶液，注入土體之中與黃土中的堿性金屬陽離子進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)生置換而形成堿土金屬氧化物，進(jìn)而起到加固的作用。

3)擠密法。擠密法就是在濕陷性黃土地基上布點，在指定好的位置上打樁，形成樁孔以后把事先準(zhǔn)備好的灰土或者素土攪拌至最佳含水量以后，灌入施工好的孔洞內(nèi)，進(jìn)行分層夯實達(dá)到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，這樣，當(dāng)土體受到擠壓，產(chǎn)生強度，則地基土體可以與樁體形成復(fù)合地基承載，這種方法處理的地基厚度一般為5 m～15 m，施工時要選擇好相關(guān)的系數(shù)，并注意樁體的壓實度。

4 結(jié)語

濕陷性黃土是工程當(dāng)中的難題，在施工中要特別注意各種施工方法與設(shè)計參數(shù)，本文針對濕陷性黃土濕陷的機(jī)理以及指標(biāo)進(jìn)行了概述，又對濕陷性黃土常見的地基處理方法進(jìn)行了闡述，詳細(xì)對各種方法以及使用范圍進(jìn)行了解釋，具有一定的指導(dǎo)意義，筆者認(rèn)為，不同地段的濕陷性黃土應(yīng)當(dāng)針對其不同的特點而采用不同的具有針對性的施工工藝進(jìn)行處理，以達(dá)到預(yù)期的施工效果。

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

［2］ 汪國烈，李新懷.大厚度濕陷性黃土的工程處置［A］.西部開發(fā)中的巖土工程問題(巖土工程系列學(xué)術(shù)研討會之九)論文集［C］.2005.

［3］ 龔曉南.地基處理技術(shù)發(fā)展與展望［M］.北京:中國水利水電出版社，知識產(chǎn)權(quán)出版社，2004.

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［5］ 張漢舟.高填土路堤下軟黃土地基處理技術(shù)研究［D］.西安:長安大學(xué)，2008.

［6］ 邢玉東.遼寧西部濕陷性黃土特性與處治技術(shù)研究［D］.沈陽:東北大學(xué)，2008.

［7］ 何永強.強濕陷性黃土地區(qū)擠密樁復(fù)合地基的理論分析與試驗研究［D］.蘭州:蘭州理工大學(xué)，2010.

The collapsible loess foundation collapsiblemechanism and foundation treatmentmethod

Hou Jian

(Guangzhou Metro Design and Research Institute Limited Company，Xi’an 710018，China)

This paper introduced the concept and characteristics of collapsible loess，researched the cause，collapsiblemechanism，change rule and collapsible evaluation index of collapsible loess，and elaborated the immersion method，single fluid silicide method，lye reinforcement method，compactionmethod and other foundation treatmentmethod of collapsible loess，for reference.

collapsible loess，foundation，soil，treatmentmethod

TU472

A

1009-6825(2015)29-0061-02

2015-08-07

侯 建(1981-)，男，工程師