濕陷性黃土研究與加固

劉瑞強(qiáng)

(蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州　730050)

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濕陷性黃土研究與加固

劉瑞強(qiáng)

(蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州730050)

摘要:結(jié)合濕陷性黃土的特征和性質(zhì)，研究了黃土的濕陷原因和機(jī)理，并結(jié)合蘭州等地區(qū)的工程實(shí)例，分析了濕陷性黃土對建筑物的損壞方式，探討了相應(yīng)的防治方法，最后提出了濕陷性黃土地基處理與加固的措施。

關(guān)鍵詞:濕陷性黃土，地基加固，建筑物，承載力

1　濕陷性黃土的分布

在世界上，濕陷性黃土的分布很廣泛，在我國則主要分布在西北，東北，華東和華中等地區(qū)。如甘肅，青海，山西，河南隴西，秦嶺山北。地理位置一般多處在干旱與半干旱氣候地帶。一般情況下，其堆積厚度約為10 mm～40 mm。有些區(qū)域其厚度可達(dá)200 mm左右。但因地形、地質(zhì)、地貌、水文等條件的不同，濕陷性黃土的堆積厚度存在一定的差異，我國大部分分布在黃河上游地區(qū)。

2　濕陷性黃土濕陷原因及機(jī)理

2．1黃土的基本特征

黃土類土是一種產(chǎn)生于第四紀(jì)大陸特殊的松散堆積物，性質(zhì)特殊，其按工程性質(zhì)可分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土，此外，還有自重和非自重濕陷性黃土等，濕陷性黃土的顆粒以粉粒為主，呈黃色或黃褐色，孔隙大且肉眼可見。黃土按地層特征可分為新近堆積黃土，新黃土，老黃土。新近堆積黃土，多蟲孔，最大直徑在0．55 cm～2 cm之間，結(jié)構(gòu)松軟，土質(zhì)不均勻，似蜜蜂窩。新黃土有大孔的發(fā)育，土質(zhì)較均勻，有的會有小硬結(jié)石等，結(jié)構(gòu)稍密或中密，所以它們兩者與工程建筑關(guān)系密切相關(guān)，一般都有濕陷性。而老黃土則基本不具有大孔，土粒均勻，層理的發(fā)育很少見，礓結(jié)石較少，質(zhì)地較密實(shí)，土質(zhì)均勻，且有小石子的存在。因而一般沒有濕陷性問題存在。

2．2黃土的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對濕陷性的影響

黃土的結(jié)構(gòu)多是單個(gè)顆粒結(jié)構(gòu)組成，即土壤顆粒沒有緊密地聚集在一起，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸居多，接觸面小，空隙較大。而且黃土還會與植物的一些腐殖質(zhì)、水、碳酸鹽類等形成膠結(jié)物質(zhì)，由于填充在黃土里的這些膠結(jié)物質(zhì)會遇水溶解，進(jìn)一步使得空隙增多，影響黃土的濕陷性。如若以團(tuán)聚狀態(tài)為主，其濕陷性就小。若以鑲嵌狀態(tài)為主，則其濕陷性就大。在化學(xué)成分上主要與石膏和碳酸鈣等的含量、酸堿濃度和易溶鹽的多少有關(guān)，有機(jī)質(zhì)的含量成分不多，因而影響較小可忽略。此外，黃土的濕陷性還與其孔隙比(e)和天然含水率(w)等物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有關(guān)，其可作為一個(gè)大致且直觀判別黃土是否有濕陷性的標(biāo)準(zhǔn)。

2．3黃土濕陷的機(jī)理

黃土濕陷的原因有很多種，其作用機(jī)理也各自迥異，但產(chǎn)生的效果卻都會使建筑物發(fā)生不可想象的損壞。黃土濕陷有以下幾個(gè)方面的原因:由于雨水等的作用，會把松散干燥的粉粒黃土粘聚起來，土顆粒彼此靠近，隨著含水量的加大，黃土的有效重度減小，阻礙了土體自重下的壓密。尤其在有建筑物等荷載的作用下，會引起濕陷過度，造成土中“毛細(xì)血管”的破壞，濕陷性就會越明顯。黃土中有大量可溶鹽存在，由于其遇水可溶解，從而使得黃土的結(jié)構(gòu)變得更加松散多孔，使強(qiáng)度降低很多，地基承載力下降，產(chǎn)生濕陷。黃土的一些細(xì)顆粒表面有一層很薄的結(jié)合水膜，由于黃土在受水浸濕后，結(jié)合水膜便會吸水增厚，分布在顆粒之間，易于滑動，抗剪強(qiáng)度減弱，產(chǎn)生濕陷。黃土大多以單粒結(jié)構(gòu)存在，顆粒與顆粒之間沒有可靠的連接，骨架顆粒之間沒有形成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)松散，對濕陷性影響較大。

黃土濕陷的產(chǎn)生原因復(fù)雜，在工程建設(shè)中，有時(shí)我們不可能搞清楚黃土濕陷性的全部因素，所以在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)抓住主要，有根據(jù)地忽略次要，對存在黃土濕陷問題的地基進(jìn)行合理地加固和處理。

3　濕陷性黃土對建筑物的損壞及防治

濕陷性黃土對水表現(xiàn)較為敏感，雨水，洪水，生活廢水對其的影響很大，在上部荷載作用，受水影響較大的區(qū)域產(chǎn)生的沉降大，

濕陷性黃土在干燥時(shí)，其承載力很高，但一遇水浸濕后，其承載力便急劇下降。因此，防止或減小水對建筑物地基產(chǎn)生的不利影響是尤為重要的。此外還有一些是由于設(shè)計(jì)施工或維護(hù)方面不適當(dāng)，未按正常要求的工序進(jìn)行所造成的裂縫。如蘭州的某處住宅樓為二級自重濕陷性黃土。由于未做防水處理，上下水管自接與地面相接觸，因管道漏水發(fā)生28．3 cm的下陷，使得建筑物嚴(yán)重?fù)p傷。

濕陷性黃土在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段應(yīng)加大基礎(chǔ)的強(qiáng)度、剛度和整體性，并設(shè)置合理的沉降縫等。濕陷性黃土在使用階段采取的重要措施是防水。防止水流入地基土中，必要時(shí)采取一定的措施，要有明確的管道鋪設(shè)路徑，施工要嚴(yán)格符合質(zhì)量要求，定時(shí)檢查和維護(hù)。此外也應(yīng)該注意屋面排水的設(shè)計(jì)，避免排下的雨水匯聚，流入地基內(nèi)部，引發(fā)濕陷。

4　濕陷性黃土地基加固與處理

4．1地基加固與處理的說明

任何建筑物的荷載最終都會由基礎(chǔ)傳給地基，地基必須保證一定的強(qiáng)度，剛度以及穩(wěn)定性。所以地基的加固與處理就會顯得尤為重要。在方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對天然地層進(jìn)行工程地基勘察，查明地形、地貌、地層條件、水紋條件及濕陷性黃土的各種性能指標(biāo)，選取合理的基礎(chǔ)、布置方法，采取相應(yīng)的加固與處理措施。

4．2加固與處理的方法

濕陷性黃土地基的處理與加固有許多種方法，對濕陷性黃土地基加固處理的目的是改善土的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，采用一定的工程方法對土體進(jìn)行改良，減少土的壓縮性，孔隙性，滲水性等。從根本上出發(fā)控制黃土的濕陷性的發(fā)生。下面將簡單介紹一下各種加固方法的使用范圍與具體實(shí)施:1)墊層法:顧名思義，此法是做了一層墊層。即將原先基礎(chǔ)下部的部分或全部土層，挖出再用素土或灰土分層填埋并夯實(shí)，代替原來的不良濕陷性黃土，改變下部土質(zhì)，減少壓縮變形。方便實(shí)用，但一般只可適用于地下水位以上的局部成整體的處理，且能處理的濕陷深度一般為1 m～3 m，使用該方法需注意的是:采用素土墊層時(shí)應(yīng)避免在施工過程中過度夯實(shí)，防止達(dá)到土的極限抗剪強(qiáng)度。否則會使土體發(fā)生剪切破壞，影響質(zhì)量。灰土墊層一般采用3∶7或2∶8灰土，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格保證灰土的質(zhì)量，且當(dāng)需處理的土層厚度超過3 cm時(shí)，由于挖土量大，耗時(shí)長等因素，墊層法已不再適用。2)擠密法:先在需處理的地基上布置間距合理的柱孔，然后將備好的素土或灰土在最優(yōu)含水率的情況下分層，并夯實(shí)填入柱孔內(nèi)，利用擠壓達(dá)到密實(shí)。該方法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土地基，處理深度一般為5 m～15 m。在用該方法時(shí)需注意:土的含水率接近最優(yōu)含水率時(shí)，擠密的效果最為顯著，初始的干密度越小，則擠密的范圍越小，效果不明顯。此外注意合理的柱距布置，柱距越小，擠密效果越好，但不能設(shè)置的太密。擠密法增加了濕陷性黃土的密實(shí)度，降低了土的孔隙率，從而減小了地基濕陷的可能。3)強(qiáng)夯法或重錘夯實(shí)法:利用重錘自由下落產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊能量，作用于不良地基上，進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，該法首創(chuàng)于法國，強(qiáng)夯法夯擊深度大，效果明顯，能顯著提高地基的承載力，降低壓縮性，改善土體的密實(shí)度，從而減輕或消除地基的濕陷性。強(qiáng)夯法在設(shè)計(jì)階段應(yīng)確定夯擊能大小、夯擊次數(shù)、有效加固深度和間距以及時(shí)間間隔等。該方法適用于局部或整體的濕陷性黃土的處理，一般可處理地基土的厚度為3 m～12 m，國內(nèi)外對該方法的加固機(jī)理雖有不同的解釋，但總的來說，其加固效果還是很明顯的，故在工程上的應(yīng)用較廣泛。4)化學(xué)加固法:它也是對濕陷性黃土進(jìn)行加固處理的一種行之有效的方法，主要過程是利用灌漿設(shè)備將一定濃度的化學(xué)溶液(如硅酸鈉溶液、堿液等)注入土體中，產(chǎn)生凝膠作用，增強(qiáng)土體之間的粘結(jié)力，填補(bǔ)了空隙，使抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)，達(dá)到減輕或消除黃土的濕陷量。一般用于加固地下水位以上，并且已建造有建筑物的場地。但由于實(shí)施起來費(fèi)用較高，故一般不用于處理大面積地基加固情況。5)樁基礎(chǔ)法:即混凝土灌注樁等樁基礎(chǔ)，直接穿透濕陷性黃土的土層，且樁底應(yīng)支承在堅(jiān)硬密實(shí)，承載力較高的土層上，該方法適用于地下水位較深，地下一定深度處有可靠的持力層的工況中。6)預(yù)浸水法:即對要建造的建筑物或構(gòu)筑物場地，存在濕陷性黃土?xí)r，可對該地基土預(yù)先進(jìn)行大面積的浸水，讓土體在飽和自重作用下下沉，壓實(shí)土體，該方法可消除6 m以下土層濕陷性，但由于土體浸濕，需要大量的水，壓密過程很緩慢，需要較長時(shí)間才能達(dá)到所需要求。所以只能用在水源充足且施工準(zhǔn)備較長的工程。

5　結(jié)語

我國地域遼闊，地層、地質(zhì)、地貌和水源情況等復(fù)雜多變，建筑物對地基土的要求嚴(yán)格，尤其是高層和超高層建筑，因此，濕陷性黃土這種特殊的地質(zhì)對建筑物或構(gòu)筑物所造成的危害不容小視，否則后果不堪設(shè)想。以上通過對濕陷性黃土做出的綜合分析，提出了具體可行的防治措施，闡明了濕陷性黃土的地基加固處理方法和適用范圍，以便更好的指導(dǎo)工程實(shí)踐。

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中圖分類號:TU475．3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0075-02

收稿日期:2016-04-09

作者簡介:劉瑞強(qiáng)(1994-)，男，在讀本科生反之亦然。故不均勻的沉降或局部傾斜，會影響結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至?xí)＜叭说纳踩Ｔ跐裣菪再|(zhì)土地區(qū)若對基礎(chǔ)的處理不完善，則會出現(xiàn)基礎(chǔ)的不均勻沉降，從而使建筑物及構(gòu)造物產(chǎn)生較大的變形，引起砌體、地梁、圈梁的開裂，柱發(fā)生水平位移，結(jié)構(gòu)的損傷、破壞等，嚴(yán)重可致倒塌。

Collapsible loose research and reinforcement

Liu Ruiqiang
(College of Civil Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

Abstract:Combining with collapsible loose features，the paper studies loose collapse causes and mechanism，analyzes collapsible loose damage methods upon buildings by integrating Lanzhou engineering examples，explores corresponding preventive measures，and finally puts forward collapsible loose foundation processing and reinforcing measures．

Key words:collapsible loose，foundation reinforcement，building，bearing capacity