濕陷性黃土地基的處理及易發(fā)事故分析

呂 建 偉

(河北新蔚建筑設(shè)計(jì)股份合作公司，河北 張家口 075700)

濕陷性黃土地基的處理及易發(fā)事故分析

呂 建 偉

(河北新蔚建筑設(shè)計(jì)股份合作公司，河北 張家口 075700)

介紹了濕陷性黃土的類型，針對(duì)濕陷性黃土的力學(xué)特點(diǎn)，對(duì)濕陷性黃土地基設(shè)計(jì)施工常見的問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合具體的工程事故案例，探討了相應(yīng)的處理措施，對(duì)工程質(zhì)量的提高有重要意義。

濕陷性黃土，地基，裂縫，變形

濕陷性黃土是廣泛分布于我國北方北緯33°～47°之間，年平均降雨量在250 mm～600 mm之間的干旱和半干旱氣候區(qū)的具有濕陷性的一種特殊性土，特點(diǎn)是顆粒組成以粉類為主，孔隙比較大，天然含水量較低，飽和度也較低，在北方晉冀魯豫及陜甘內(nèi)蒙、新疆都有分布，其中以隴東西、陜北、晉西為重；該地區(qū)濕陷性黃土層具有分布廣，厚度深于10 m的特點(diǎn)，且多為自重性濕陷性黃土，對(duì)建筑工程安全及造價(jià)影響較大。實(shí)際施工中時(shí)常見到由于對(duì)其特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不清，措施不到位造成的工程事故，值得引以為鑒。

1 濕陷性土的分類

濕陷性土分為濕陷性黃土及非黃土的濕陷性土。不僅黃土可能具有濕陷性，同樣在干旱和半干旱地區(qū)，尤其在山前洪、坡積扇地貌還可能遇到具有濕陷性的碎石土、砂土，在一定壓力下也呈現(xiàn)強(qiáng)烈的濕陷性，屬于非黃土的濕陷性土，勘察設(shè)計(jì)在遇到山區(qū)建筑時(shí)應(yīng)注意排查；非黃土的濕陷性土僅巖土工程勘察規(guī)范中特殊性巖土一章有所介紹，沒有制定專門規(guī)范，一般參照濕陷性黃土規(guī)范執(zhí)行，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷。

2 濕陷性黃土的力學(xué)特點(diǎn)

1)黃土在未破壞時(shí)，呈現(xiàn)出壓縮性低、強(qiáng)度高，直立性好的特點(diǎn)，這是由于黃土在沉積過程中土顆粒之間產(chǎn)生了固化鏈接鍵，但黃土因?yàn)榭紫侗容^大，一般為1.0～1.1， 且富含易溶于水的碳酸鹽類，垂直節(jié)理發(fā)育，遇水后結(jié)構(gòu)崩解，承載力喪失，產(chǎn)生明顯濕陷變形。2)濕陷性黃土性質(zhì)的判斷，先根據(jù)黃土室內(nèi)浸水(飽和)壓縮試驗(yàn)得到濕陷系數(shù)δs，當(dāng)不小于0.015時(shí)，應(yīng)定為濕陷性黃土；再根據(jù)濕陷量的累計(jì)計(jì)算值Δzs，自重濕陷性場(chǎng)地大于70 mm。3)特例：在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基內(nèi)各土層的濕陷起始?jí)毫χ?，均大于其附加壓力與上覆土的飽和自重壓力之和時(shí)及地基濕陷量的計(jì)算值不大于50 mm時(shí)均可按一般地區(qū)的規(guī)定設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)施工常見問題

1)濕陷性黃土場(chǎng)地建筑等級(jí)也分為甲、乙、丙、丁四類，但與建筑抗震等級(jí)不同，容易混淆，需注意區(qū)分。分類依據(jù)是根據(jù)建筑在使用期間對(duì)不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度及建筑重要性、地基受水浸濕可能性的大小區(qū)分；筆者曾經(jīng)見到某設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的4層框架教學(xué)樓，非自重濕陷性黃土場(chǎng)地按乙類建筑設(shè)計(jì)了4 m厚的3∶7灰土墊層，其實(shí)按照濕陷性黃土規(guī)范GB 50025—2004,4層框架樓的高度一般為16 m左右，完全可定為丙類建筑，按濕陷性黃土規(guī)范6.1.1條第2款和6.1.5條第2，3款的要求，處理2.0 m～3 m就可以了。

2)濕陷性黃土場(chǎng)地采用樁基礎(chǔ)代價(jià)較高，一般用于甲類及部分采用其他方式不經(jīng)濟(jì)的乙類建筑，采用樁基礎(chǔ)時(shí)，樁端必須穿透濕陷性黃土層，進(jìn)入壓縮性較低的非濕陷性黃土層或可靠的巖、土層中。特別需要注意的是當(dāng)濕陷性黃土層厚度不小于10 m時(shí)，采用靜載荷浸水試驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果作為樁基礎(chǔ)的單樁豎向承載力特征值。我國甘肅劉家峽化肥廠堿洗塔工程，當(dāng)時(shí)未按浸水條件試驗(yàn)，荷載加至3 000 kN，下沉量6 mm；設(shè)計(jì)使用了一半，按單樁豎向承載力特征值1 500 kN計(jì)算；但建成后由于地基浸水產(chǎn)生了嚴(yán)重的濕陷事故，樁基大量的下沉，是一個(gè)工程反例。

3)灰土墊層法是濕陷性黃土場(chǎng)地常用的處理方法，價(jià)格便宜，效果好，適用于淺層地基處理。曾經(jīng)有過一段時(shí)間由于合格的生石灰產(chǎn)量低，價(jià)格高，本地工地用電石渣代替生石灰。電石渣是生產(chǎn)乙炔氣后的固體粉狀廢渣，主要成分與灰土一樣，以氫氧化鈣為主要成分。建筑灰土墊層要求石灰中活性物質(zhì)的含量和活性，所以工地最好選生石灰現(xiàn)場(chǎng)制作。電石渣雖成分一致，但由于工藝所限，不能保證新鮮，現(xiàn)場(chǎng)使用效果不佳。

4)本地工地曾經(jīng)流行過用參照公路部門做法，分層鋪填土和灰土后，用農(nóng)用旋耕機(jī)的機(jī)具把土和灰土攪勻；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證，鋪填250 mm時(shí)旋耕機(jī)只能攪勻上部200 mm土層，下部往往殘留無灰土的素土帶，如果機(jī)具下壓過深，則對(duì)已壓實(shí)的灰土形成擾動(dòng)破壞，影響灰土強(qiáng)度，施工效果不好，所以經(jīng)過對(duì)比，淘汰了此種工法，仍采用場(chǎng)地外按比例拌好后入槽夯實(shí)的工藝。

5)濕陷性黃土場(chǎng)地也常采用強(qiáng)夯法消除地基濕陷性，強(qiáng)夯法又名動(dòng)力固結(jié)法，20世紀(jì)60年代由法國Menard公司首創(chuàng)，是用高處(一般為6 m～40 m)自由落下的重錘(一般100 kN～400 kN)給地基以沖擊能和振動(dòng)。它適合加固各類地基土。強(qiáng)夯法不僅能降低地基壓縮性，而且還能改善地基抵抗液化的能力和消除黃土的濕陷性。提高地基的強(qiáng)度，強(qiáng)夯在土體中產(chǎn)生縱波(壓縮波)和橫波(剪切波)，縱波破壞土體骨架結(jié)構(gòu)，使土粒間產(chǎn)生位移，而橫波破壞土粒間的聯(lián)結(jié)，使土體骨架產(chǎn)生新的沉降和壓密，土體局部液化，在夯擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和氣體逸出，使土料重新排列，經(jīng)時(shí)效壓密達(dá)到固結(jié)，從而提高地基承載力，降低地基壓縮性。

6)單液硅化法和堿液加固法一般用于地基浸水引起濕陷，需要阻止?jié)裣堇^續(xù)發(fā)展的建筑物及設(shè)備基礎(chǔ)，屬事故處理加固措施，施工時(shí)漿液灌注速度不宜過快，且應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)建筑物或設(shè)備基礎(chǔ)的沉降突然增大或出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)立即停止灌注溶液，待查明原因后，再繼續(xù)灌注。

4 事故分析

某工程位于某市市郊，由某房開公司開發(fā)，設(shè)計(jì)方為某市勘察設(shè)計(jì)公司，為住宅小區(qū)，6層磚混結(jié)構(gòu)，采用墻下混凝土條基，地基為坡地回填場(chǎng)地，山坡為東西走向，西高東低，回填土厚約10 m，厚度不勻；其下為濕陷性黃土場(chǎng)地。地基處理采用強(qiáng)夯，夯擊能3 000 kN·m,采用20 t錘吊至15 m自由落下，第一、二遍點(diǎn)夯，單夯點(diǎn)間距3 m×3 m(梅花形)，每點(diǎn)夯擊4擊，夯擊能量均為3 000 kJ。第一遍點(diǎn)夯結(jié)束后，夯坑回填、整平后，進(jìn)行第二遍點(diǎn)夯；第二遍點(diǎn)夯結(jié)束后，夯坑回填、整平后，進(jìn)行第三遍滿夯；第三遍滿夯夯擊能量為1 000 kJ，每點(diǎn)夯擊2遍，夯錘搭接寬度不小于1/3錘徑。設(shè)計(jì)要求處理后地基承載力不小于180 kPa,變形模量不小于15 MPa,地基變形值不大于60 mm。工程竣工，業(yè)主入住后墻體陸續(xù)出現(xiàn)裂縫，排除其他因素后確定為地基變形導(dǎo)致裂縫；經(jīng)查閱資料，以往沒有類似案例發(fā)生。事故的后果是嚴(yán)重的，導(dǎo)致了住戶群體上訪，最后由政府出面，異地安置，危樓拆除重建。本工程事故原因有多種因素，其中最主要的是基礎(chǔ)選型錯(cuò)誤，坡地高回填地區(qū)，最好選用樁基穿透，樁持力層落到下層非濕陷土層。或者選用帶擠土效果的地基處理方案，雖然造價(jià)高一些，但能保證處理深度，基底壓力能傳遞到可靠持力層。強(qiáng)夯處理適用于地勢(shì)平坦，土層坡度變化不大的場(chǎng)地，本例中，按修正后的梅那公式H=Mh=8 m，基底仍有部分土層未處理；加上坡地建筑，土層坡度變化大，原土與回填土的壓縮模量差別明顯，累計(jì)變形量過大，是導(dǎo)致事故的主要原因。現(xiàn)場(chǎng)圖見圖1。

某國辦中學(xué)實(shí)驗(yàn)樓，建于1994年，磚混3層結(jié)構(gòu)，大開間，地基屬二級(jí)非自重濕陷性黃土，黃土地基承載力130 kPa,基礎(chǔ)下設(shè)整片3∶7灰土地基，2010年普查學(xué)校危房時(shí)查明兩年前即2008年因地溝內(nèi)暖氣管破裂，跑過一次水，發(fā)現(xiàn)時(shí)地溝已存水，上部結(jié)構(gòu)有水漬，說明已經(jīng)滲漏了一段時(shí)間了。當(dāng)時(shí)采取的處理措施是抽水補(bǔ)漏，加強(qiáng)觀察。事隔兩年，建筑物除局部地方有裂縫外，基本完好，裂縫不屬典型沉降裂縫。該次事故中，密閉地溝防止水大量滲流到地基，整片3∶7灰土地基起到了隔水作用，避免了地基破壞，是一個(gè)成功的例子。

5 結(jié)語

濕陷性黃土地區(qū)建筑物的設(shè)計(jì)施工，關(guān)鍵在于采取必要的防水措施，對(duì)可能滲漏的水源足夠重視，不僅雨水還有暖氣水及消防用水，盡量采用防水隔漏地溝；采用樁基礎(chǔ)穿透，基底做灰土墊層等一系列行之有效的措施，另外加強(qiáng)日常維護(hù)，建立巡查制度，及時(shí)修復(fù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)切斷水源，避免事態(tài)進(jìn)一步惡化。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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

[3] 楊先友.濕陷性黃土旋挖鉆樁基施工技術(shù)研究[J].山西建筑，2014，40(1)：106-107.

[4] 工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Analysis on collapsible loose foundation treatment and easily-happening accidents

Lv Jianwei

(HebeiXinweiBuildingDesignCooperationCompany,Zhangjiakou075700,China)

With an introduction of the collapsible loose types, in light of mechanical features of collapsible loose, the paper analyzes common collapsible loose foundation design construction problems. Combining with specific engineering accidents cases, it explores corresponding processing measures, which has significant meaning for improving engineering quality.

collapsible loose, foundation, crack, deformation

2015-01-23

呂建偉(1974- )，男，工程師

1009-6825(2015)10-0082-02

TU475.3

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