淺析濕陷性黃土地基處理方法

孫曉峰

摘要：濕陷性黃土地基處理的目的主要是通過(guò)消除黃土的濕陷性，提高地基的承載力。常用的地基處理方法有：土或灰土墊層、擠密樁法、強(qiáng)夯法、樁基礎(chǔ)、預(yù)浸水法、載體樁等。本分通過(guò)對(duì)不同處理方法的分析，提出不同處理方法的適用范圍以及其經(jīng)濟(jì)效益特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；地基處理方法

前言

本文是根據(jù)西安某項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析濕陷性黃土地基處理方法。此項(xiàng)目位于陜西省西安市，場(chǎng)地濕陷性黃土厚度4～6m，為非自重濕陷性黃土，對(duì)于非單層房屋，需經(jīng)過(guò)消除濕陷性處理后才可用作持力層。本文通過(guò)對(duì)濕陷性黃土地基常用處理方法的總結(jié)分析，為濕陷性黃土地區(qū)地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供一定參考。

濕陷性黃土廣泛分布于我國(guó)東北、西北、華中和華東部分地區(qū)的黃土多具濕陷性。黃土的濕陷性是指在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉。濕陷性黃土地基的變形包括壓縮變形與濕陷變形。對(duì)于一般的建筑，壓縮變形通常能滿(mǎn)足規(guī)范要求，而濕陷變形通常具有局部、突然、不均勻性，對(duì)建筑物危害性很大。因此，為保證建筑的安全性與正常使用功能，往往需要對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行地基處理，消除其濕陷性或部分消除濕陷性。

濕陷性黃土地基的處理方法較多，應(yīng)根據(jù)房屋類(lèi)型、黃土的濕陷性等級(jí)、不同的區(qū)域選用不同的方法，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便，提高地基處理的綜合效益。

1 墊層法

墊層法實(shí)際上就是我們通常采用的換填法，是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法，我國(guó)已經(jīng)有2000多年的應(yīng)用歷史，在濕陷性黃土地區(qū)使用較廣泛，具有因地制宜、就地取材和施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。這種方法就是將基底以下的濕陷性黃土全部或者部分挖除，然后采用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層，以全部或者部分消除濕陷量，減少地基的壓縮變形與滲透性，提高地基承載力。

1.1 適用范圍

適用于地下水以上，處理土層厚度一般為1～3m。通過(guò)處理基底下部分濕陷性黃土層，可以減小地基的濕陷量。處理厚度超過(guò)3m時(shí)，挖填方量大、施工周期長(zhǎng)，施工質(zhì)量不易保證，選用時(shí)應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

地基承載力特征值要求不高的情況，土墊層承載力特征值不宜超過(guò)180KPa，灰土墊層承載力特征值不宜超過(guò)250KPa。

墊層分為局部墊層和整片墊層，當(dāng)同時(shí)要求提高墊層土的承載力及增強(qiáng)水穩(wěn)定性時(shí)，宜采用整片灰土墊層進(jìn)行處理。

1.2 素土墊層法

素土墊層法通常就地取材，將基坑挖出的黃土灑水潤(rùn)濕后，在最優(yōu)或者接近最優(yōu)含水量下分層回填、分層回填夯實(shí)。

1.3 灰土墊層法

灰土墊層法是采用消石灰與土的2：8或3：7的體積比配合而成，經(jīng)過(guò)篩分拌合，再分層回填夯實(shí)。

1.4 其它

墊層的地基承載力特征值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)結(jié)果確定。

墊層的施工質(zhì)量，對(duì)其承載力和變形有直接影響。墊層的施工質(zhì)量，應(yīng)用壓實(shí)系數(shù)λc控制：（1）小于或等于3m的土（或灰土）墊層，不應(yīng)小于0.95；（2）大于3m的土（或灰土）墊層，其超過(guò)3m部分不應(yīng)小于0.97。為了確保墊層的施工質(zhì)量，施工中將土料過(guò)篩，在最優(yōu)或接近最優(yōu)含水量下，將土（或灰土）分層夯實(shí)至關(guān)重要。素土（或灰土）擠密樁法

采用沉管、沖擊、夯擴(kuò)、爆擴(kuò)等方法成孔，然后在孔中填以素土或灰土，分層搗實(shí)，形成土樁。成樁時(shí)，通過(guò)成孔過(guò)程中的橫向擠壓作用，樁孔內(nèi)的土被擠向周?chē)?，成樁時(shí)，通過(guò)成孔過(guò)程中的橫向擠壓作用，樁孔內(nèi)的土被擠向周?chē)?，用素土分層夯?shí)的樁體，稱(chēng)為土擠密樁；用灰土分層夯實(shí)的樁體，稱(chēng)為灰土擠密樁。二者分別與擠密的樁間土組成復(fù)合地基，共同承受基礎(chǔ)的上部荷載。

2 適用范圍

灰土擠密樁法或土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，處理深度宜為5～15m。

灰土擠密樁或土擠密樁，在消除土的濕陷性和減小滲透性方面，其效果基本相同或差別不明顯，但土擠密樁地基的承載力和水穩(wěn)性不及灰土擠密樁，選用上述方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程要求和處理地基的目的確定。當(dāng)以提高地基的承載力或增強(qiáng)其水穩(wěn)性為主要目的時(shí)，宜選用灰土擠密樁法；當(dāng)以消除地基的濕陷性為主要目的時(shí)，宜選用土擠密樁法。

當(dāng)?shù)鼗恋暮柯缘陀谧顑?yōu)含水量（指擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果）時(shí)，擠密的效果最好；當(dāng)含水量過(guò)大或者過(guò)小時(shí)，擠密效果不好。當(dāng)?shù)鼗恋暮縲≥24%、飽和度Sr>65%時(shí)，一般不宜直接選用擠密法。

2.1 樁的布置

擠密孔的孔位，宜按正三角形布置；灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的面積，應(yīng)大于基礎(chǔ)或建筑物底層平面的面積。

2.2 處理深度

灰土擠密樁或土擠密樁處理地基的深度，應(yīng)根據(jù)建筑場(chǎng)地的土質(zhì)情況、工程要求和成孔及夯實(shí)設(shè)備等綜合因素確定。

2.3 樁徑

當(dāng)擠密處理深度不超過(guò)12m時(shí)，不宜預(yù)鉆孔，擠密孔直徑宜為0.35～0.45m；當(dāng)擠密處理深度超過(guò)12m時(shí)，可預(yù)鉆孔，其直徑（d）宜為0.25～0.30m，擠密填料孔直徑（D）宜為0.50～0.60m。

2.4 承載力

采用擠密法時(shí)，對(duì)甲、乙類(lèi)建筑或在缺乏建筑經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，應(yīng)于地基處理施工前，在現(xiàn)場(chǎng)選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并應(yīng)取得必要的參數(shù)再進(jìn)行地基處理施工。

灰土擠密樁或土擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，也可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，但對(duì)土擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的1.4倍，并不宜大于180kPa；對(duì)灰土擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的2.0倍，并不宜大于250KPa。

2.5 灰土擠密樁與CFG樁復(fù)合地基

對(duì)于高層建筑，單獨(dú)采用灰土擠密樁不能滿(mǎn)足地基承載力要求，而單獨(dú)采用CFG樁無(wú)法消除濕陷性，因此采用灰土擠密樁與CFG樁復(fù)合地基就成為一種較好的新方法。即先采用灰土擠密樁部分或者全部消除黃土的濕陷性，同時(shí)提高樁間土對(duì)CFG樁的側(cè)摩阻力，再利用CFG樁樁體強(qiáng)度高的特點(diǎn)，大幅度提高復(fù)合地基的承載能力。由擠密短樁與CFG長(zhǎng)樁間隔布置，兩種樁的配合使用與樁間土組成三元復(fù)合地基。

灰土擠密樁通常按等邊三角形或正方形布置，樁徑、樁長(zhǎng)、樁距視場(chǎng)地具體情況和濕陷性黃土層厚度確定?；彝翑D密樁的三樁或四樁中心位置的黃土層可能全部或部分仍具有濕陷性。所以CFG樁宜布置在這些樁間位置，這樣在施工時(shí)就可消除此部分黃土的濕陷性。CFG樁布置的疏密視具體情況來(lái)定可以只布置在基礎(chǔ)范圍內(nèi)，選擇承載力相對(duì)較高的土層作為樁端持力層。灰土擠密樁和CFG樁全部施工完畢后鋪設(shè)褥墊層，褥墊層材料選用中砂、粗砂、級(jí)配良好的砂石或碎石等，最大粒徑不宜大于30mm，厚度宜取150mm～300mm，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)樁徑大或樁距大時(shí)褥墊層厚度取高值。褥墊層是復(fù)合地基的核心，它能保證樁、土共同承擔(dān)荷載，調(diào)整樁、土應(yīng)力比和樁、土水平荷載的分擔(dān)，保證樁在水平荷載作用下不會(huì)斷裂，減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中和避免基礎(chǔ)剪切破壞。

根據(jù)較多工程經(jīng)驗(yàn)灰土擠密樁與CFG樁分步處理濕陷性黃土地基，不僅消除了濕陷性，變負(fù)摩阻力為正摩阻力，使復(fù)合地基的承載力得到大幅度的提高，作為100m以下高層建筑的地基處理方案是可行的。同時(shí)，CFG樁工程造價(jià)為一般鋼筋混凝土樁基的1/3～1/2，較傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)更為經(jīng)濟(jì)，值得在濕陷性黃土地區(qū)的高層建筑地基處理中推廣。

2.6 其它

因灰土擠密樁法或土擠密樁法具有就地取材、以土治土、原位處理、深層加密和費(fèi)用較低的特點(diǎn)，在我國(guó)西北及華北等黃土地區(qū)已廣泛應(yīng)用。

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（DDC法）

DDC法是一種新型深層地基處理方法，該法先成孔至預(yù)定深度，然后自下而上分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯，形成高承載力的密實(shí)樁體和強(qiáng)力擠密的樁間土。

DDC法可以處理深厚的濕陷性黃土，一般處理深度20m左右，不宜超過(guò)30m。

用料標(biāo)準(zhǔn)低，就地取材：DDC技術(shù)的最大特之一就是對(duì)填料要求不嚴(yán)，可就地取材，凡是無(wú)機(jī)固體材料均可，如土、砂、碎石、建筑垃圾、碎磚塊、混凝土塊、粉煤灰等工業(yè)廢料均可加以利用，而且不需要嚴(yán)格加工。

地基承載力提高顯著，復(fù)合地基fk=200～800kPa，為原天然地基的3～9倍。復(fù)合地基變形模量大，沉降變形?。鹤冃文Ａ匡@著提高，承載性狀明顯，地基變形量大為降低，E0值可達(dá)30～40MPa以上。

3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益好

該技術(shù)具孔內(nèi)深層強(qiáng)夯的特征，故震動(dòng)小，噪音低；消除渣土污染；可大量節(jié)約鋼材、水泥，降低工程造價(jià)，一般可降低造價(jià)25～80%以上。

DDC技術(shù)具有適用范圍廣、用料標(biāo)準(zhǔn)低、處理效果佳、綠色環(huán)保、工程造價(jià)低、施工工期短等優(yōu)勢(shì)，具有較好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

4 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法又叫動(dòng)力固結(jié)法，是利用起重設(shè)備將10～40t的重錘起吊到6～30m高處，然后使重錘自由落下，對(duì)黃土地基進(jìn)行強(qiáng)力夯擊，破壞其天然結(jié)構(gòu)，減少其孔隙，達(dá)到加固地基、消除濕陷性的目的。

強(qiáng)夯法適用對(duì)地下水位以上飽和度Sr≤60%的濕陷性黃土地基，可處理的深度在3～12m。

采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基，土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%。在擬夯實(shí)的土層內(nèi)，當(dāng)土的天然含水量低于10%時(shí)，宜對(duì)其增濕至接近最優(yōu)含水量；當(dāng)土的天然含水量大于塑限含水量3%以上時(shí)，宜采用晾干或其他措施適當(dāng)降低其含水量。

現(xiàn)工程中大量應(yīng)用的1000～3000KN.m強(qiáng)夯能級(jí)，處理厚度3.5～6.5m，處理效率相對(duì)穩(wěn)定、處理速度快捷、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)。

強(qiáng)夯土的承載力，宜在地基強(qiáng)夯結(jié)束30d左右，采用靜載荷試驗(yàn)測(cè)定。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，一般的濕陷性黃土經(jīng)強(qiáng)夯處理后，地基承載力可達(dá)到250～350KPa。

5 預(yù)浸水法

預(yù)浸水法是利用黃土浸水產(chǎn)生濕陷的特點(diǎn)，在施工前進(jìn)行大面積浸水，使土體產(chǎn)生自重濕陷，達(dá)到消除深層黃土的濕陷的目的，再配合上部土層處理措施，來(lái)達(dá)到消除全部土層濕陷性的一種處理方法。

預(yù)浸水法宜用于處理濕陷性黃土層厚度大于10m，自重濕陷量的計(jì)算值不小于500mm的場(chǎng)地。

預(yù)浸水法具有用水量大、工期長(zhǎng)特點(diǎn)。處理1m²面積黃土需用水5～30t；一個(gè)場(chǎng)地從浸水起至下沉穩(wěn)定及土的含水量降低到一定要求需要1年時(shí)間左右。因此，此法只能在具備充足水源、且施工時(shí)間允許的條件下才能采用。

地基預(yù)浸水結(jié)束后，在基礎(chǔ)施工前應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察工作，重新評(píng)定地基土的濕陷性，并應(yīng)采用墊層或其他方法處理上部濕陷性黃土層。

6 化學(xué)加固法

在我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)地基處理應(yīng)用很多，并取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法。

硅化加固濕陷性黃土的物理化學(xué)過(guò)程，一方面基于濃度不大的、粘滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中，另一方面溶液與土的相互凝結(jié)，土起著凝結(jié)劑的作用。

堿液加固：氫氧化鈉溶液注入黃土后，首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽(yáng)離子發(fā)生置換反映，反映結(jié)果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物。

7 樁基礎(chǔ)

使建筑物基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層，直接將荷載傳至黃土以下土層，常采用方法就是樁基礎(chǔ)。一般采用預(yù)制樁、預(yù)應(yīng)力管樁、灌注樁等。

在濕陷性黃土場(chǎng)地上的樁基礎(chǔ)，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)阻力大幅度減小，甚至消失，當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，樁側(cè)的正摩阻力迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力。因此，在濕陷性黃土場(chǎng)地上，不允許采用摩擦型樁，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿(mǎn)足要求外，還應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁（包括端承樁和摩擦端承樁），其樁底端以下的受力層：在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是壓縮性較低的非濕陷性土（巖）層；在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是可靠的持力層。這樣，當(dāng)樁周的土受水浸濕，樁側(cè)的正摩阻力一旦轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力時(shí)，便可由端承型樁的下部非濕陷性土（巖）層所承受，并可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，以保證建筑物的安全與正常使用。

8 載體樁

載體樁是一種全新的施工技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)的地基基礎(chǔ)處理觀念，選擇下部層位穩(wěn)定、土性較好的土層作為被加固土層，以樁端土體為研究對(duì)象。

載體樁其工藝是采用柱錘夯擊土體成孔，然后將鋼護(hù)筒套在柱錘上沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后停止，再用柱錘擊出護(hù)筒底一定深度，分批向孔內(nèi)投入填充料和干硬性混凝土，用柱錘反復(fù)夯實(shí)、擠密，在樁端形成載體，最后放置鋼筋籠，灌注樁身混凝土而成樁，也可在載體上放置預(yù)制好的管樁而成樁。該樁有上部的樁身和下部的載體組成，樁身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，載體是避軟就硬，以碎磚、碎石、混凝土塊等位填充料，在持力層內(nèi)夯擴(kuò)加固擠密形成的多種材料組成的復(fù)合體。載體由干硬性混凝土、填充料、擠密土體三部分組成。其核心是基于深層土體的密實(shí)理論。

該樁與其他樁型的最大區(qū)別在于它不是通過(guò)樁身形狀、樁徑、樁端面積的改變來(lái)提高承載力，而是利用柱錘對(duì)填充料進(jìn)行夯實(shí)擠密，擠密區(qū)土體收到很大夯擊能量對(duì)側(cè)向周?chē)绊懲馏w時(shí)價(jià)側(cè)向擠壓力進(jìn)行有效的加固擠密。土體變的密實(shí)，變形模量有較大提高，所以較大幅度的提高地基承載力。載體受力與傳統(tǒng)夯擴(kuò)裝手里是完全不同的，夯擴(kuò)樁靠樁側(cè)與樁端擴(kuò)大頭承載，而載體樁施工完畢后，深層載體為直徑2～3m、厚度與3～5m的密實(shí)混合體（砂層除外），載體樁的承載特性是受力擴(kuò)散，因此它是一種擴(kuò)展基礎(chǔ)。樁身將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到載體，再用載體傳遞并擴(kuò)散到承載力搞得持力層土體，承載力的驗(yàn)算可以等效為擴(kuò)展基礎(chǔ)的承載力驗(yàn)算。當(dāng)承臺(tái)梁下采用載體樁時(shí)，樁端深層獨(dú)立基礎(chǔ)；當(dāng)采用滿(mǎn)堂布置載體樁時(shí)，樁端載體在擴(kuò)地等效為樁端深度處的筏板基礎(chǔ)，故載體樁施工工藝實(shí)際上是一種將條基、獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等進(jìn)行深層施工的技術(shù)。

9 結(jié)語(yǔ)

目前在我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)最常用的地基處理方法包括：土（或灰土）墊層、土（或灰土）擠密樁、強(qiáng)夯和樁基礎(chǔ)等?；瘜W(xué)加固法由于造價(jià)高，一般僅用于濕陷事故處理。DDC樁在濕陷性黃土地區(qū)近幾年來(lái)應(yīng)用較多，在濕陷性黃土不同地區(qū)使用時(shí)其孔內(nèi)充填材料有所不同。除上述幾種方法外，預(yù)浸水、載體樁、熱加固、水下爆擴(kuò)等也曾用于濕陷性黃土地基處。預(yù)浸水法可以消除大厚度黃土地基的自重濕陷性，但其缺點(diǎn)是需水量大，要有一定的水源保證，工期較長(zhǎng)，至少需要提前一年進(jìn)行，浸水后尚需結(jié)合其他地基處理方法處理上層土，因而其廣泛使用受到限制，我國(guó)目前使用也不是很多。載體樁由于其可靠性高、施工方面、造價(jià)較底等優(yōu)勢(shì)，近幾年也逐漸用于處理濕陷性黃土。

本文中提到的西安某項(xiàng)目采用了兩種處理濕陷性的方法：（1）33層高層筏板基礎(chǔ)下采用灰土擠密樁與CFG樁復(fù)合地基；（2）多層商業(yè)部分采用灰土墊層法，獨(dú)立基礎(chǔ)下?lián)Q填1m深灰土。此兩種方法均為最近幾年處理濕陷性黃土的常用方法，其具有可靠、經(jīng)濟(jì)、施工方便等特點(diǎn)。