淺談濕陷性黃土的地基處理

陳俊璋 劉瓊

摘要：我國黃土分布廣泛，其中60%左右為濕陷性黃土。由于建設(shè)規(guī)劃及施工條件限制，大量工程均處于濕陷性黃土地基范圍內(nèi)，必須采取相應(yīng)的措施對其進行處理。本文以寧夏地區(qū)地質(zhì)條件為例，淺談濕陷性黃土地基的處理方案，對不同的方案和需要考量的問題進行分析，為以后的建設(shè)工程提供思路。

Abstract： China's loess is widely distributed， of which about 60% is collapsible loess. Due to construction planning and construction conditions， a large number of projects are within the scope of collapsible loess foundation， and corresponding measures must be taken to deal with them. Taking the geological conditions in Ningxia as an example， this paper discusses the treatment scheme of collapsible loess foundation， analyzes different schemes and problems that need to be considered， and provides ideas for future construction projects.

關(guān)鍵詞：黃土;濕陷性地區(qū);地基處理

Key words： loess;collapsible area;foundation treatment

中圖分類號：TU444? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0252-03

1? 濕陷性黃土概述

密度大但是整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的黃土，在覆蓋土層自重應(yīng)力作用下或自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因為受到雨水等液體浸濕后，土的結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致土體明顯下沉。這就是濕陷性黃土的形成原因。據(jù)我國相關(guān)規(guī)定（GB50025-2004）附錄A中所給出的相關(guān)分區(qū)略圖（圖1、圖2）顯示出我國這一地質(zhì)特性分布較廣，面積多達60多萬km2，主要分布晉、陜、甘大部分地區(qū)和豫西部。此外魯、寧、青、新、冀及蒙等地也有部分分布。

研究證明，濕陷性黃土分布地區(qū)降水少，蒸發(fā)量大，土體間的水分逐漸減少、鹽分逐漸析出并在其表面凝結(jié)成固體，被雨水等液體浸濕后，會導(dǎo)致粘合力消失，發(fā)生顯著沉降現(xiàn)象。濕陷性黃土或為黃土粉狀土，或為粉質(zhì)粘土。黃土粉狀土通常為黃褐色，顆粒含量多，內(nèi)多含植物根莖，多孔洞，無層理;粉質(zhì)粘土多為灰黃色，基本無硬質(zhì)顆粒。由于黃土所表現(xiàn)出來的濕陷性，作為天然地基不滿足承載力、變形及滲透的要求，無法保證建筑物的穩(wěn)定性，甚至建筑物結(jié)構(gòu)被破壞產(chǎn)生傾斜甚至倒塌，必須對其進行加固形成人工地基。

2? 寧夏地區(qū)條件概述

寧夏地處我國濕陷性黃土分布范圍內(nèi)，根據(jù)表1所示寧夏大部分地區(qū)屬于隴東-陜北-晉西區(qū)（Ⅱ區(qū)），該地區(qū)自重濕陷性黃土厚度較大，以8～20m為主，部分高階地厚度大于20m，地基濕陷等級一般為Ⅲ-Ⅳ，濕陷性較敏感[1]。該地區(qū)土層主要以淺層填土、新近推擠土和黃土狀土構(gòu)成，成分以粉粒為主，其次是沙粒[2]。本地區(qū)經(jīng)濟較全國平均發(fā)展水平滯后，除少量甲類建筑物外、大量住宅多以乙類或丙類建筑物為主。近些年來國家與人民對于建筑的要求，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)成為了首選優(yōu)選，只是相應(yīng)的地基處理難度加大。為了彌補地基處理的不足，同時考慮到如何將安全與經(jīng)濟統(tǒng)一協(xié)調(diào)，就需要從方案上尋找突破點。

3? 濕陷性地基的處理原則與方案

根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范，原則上可從三種角度入手防止或減少建筑物地基浸水濕陷：改善地基，提高土的承載力;將誘因去除對于地基進行防水措施;改善上部建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)，增加其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，處于自重濕陷性黃土場地的乙類建筑地基處理厚度應(yīng)≧濕陷性黃土深度的2/3，且下部未處理的剩余濕陷量應(yīng)≦150mm;丙類建筑在地基濕陷等級為Ⅲ-Ⅳ，對多層建筑宜采用整片處理，處理厚度分別應(yīng)≧3m或4m，且下部未處理的剩余濕陷量，單層及多層應(yīng)≦200mm[1]。根據(jù)本地區(qū)情況，最小處理厚度為基礎(chǔ)下3～4m時下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量遠(yuǎn)大于規(guī)定要求，常見的濕陷性黃土地基處理方法見表2。

3.1 墊層法

墊層法壓實機理是在壓實能量下，土體間顆粒物克服粒間引（阻）力，產(chǎn)生相對移動，使土體間孔隙減小，密度增大。壓實效果主要取決于土體間含水率和壓實能量，因此在壓實過程中，如果含水率低，粒間引（阻）力較大，壓實能量不能克服粒間引（阻）力而產(chǎn)生位移，壓實效果就會較差，若此時增加土體間含水率，結(jié)合水膜逐漸增厚減小引（阻）力，在相同壓實能量下就會產(chǎn)生較好的效果，但含水過多孔隙間出現(xiàn)了自由水，此時結(jié)合水膜的擴大作用就會減弱，在同等壓實能量下，因為自由水附著在土體孔隙間水分不易排出，反而造成了壓實效果又有所減弱。

此方法一般是人工作業(yè)，不被專業(yè)工器具限制，所以適用于各種地形，墊層廉價且簡便，同時因為他較好的抗水防滲性還去除了誘因，適合寧夏地區(qū)進行使用，同時也適用于軟土地基（強度低、壓縮性大、滲透性差、固結(jié)速度慢），寒冷地區(qū)（易產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象）膨脹土地基（吸水膨脹、失水收縮的特種粘性土），暗浜和暗溝的建筑場地（土質(zhì)松軟、均勻性差、有機質(zhì)含量較高）。該法應(yīng)符合≦3m的墊層，施工質(zhì)量控制壓實系數(shù)λc≧0.95;>3m的墊層部分施工質(zhì)量控制壓實系數(shù)λc≧0.97。

3.2 強夯法

強夯法加固機理分為三種情況：動力夯實、動力固結(jié)和動力置換。共同特點是破壞土體天然結(jié)構(gòu)，達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。其中動力夯實是指在巨大的外部夯實能量和動應(yīng)力下，使顆粒破碎或產(chǎn)生位移、孔隙減小、密度增大，形成較密實結(jié)構(gòu)。動力固結(jié)是指在夯擊能卸去后，土體間孔隙中的水壓力隨著時間的遷移而消散，土體排水固結(jié)，同時顆粒進一步靠近，逐漸形成新的連接，強度也隨之提高，達到加固的目的。動力置換分為整式置換和樁式置換，前者類似于墊層法，后者類似于碎石樁法。

寧夏地區(qū)的土層含水量≦10%，濕陷性黃土土層厚度較大，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分層強夯并采用增濕措施。本身低含水量且沒通過增濕的場地，使用此法消除濕陷性情況較差且影響深度小，而且處理成本過高。本法同時適用于飽和軟土地基。

采用強夯法，消除量應(yīng)根據(jù)試夯測試結(jié)果確定，可按表3進行預(yù)估。

3.3 碎石樁法

碎石樁法加固機理主要體現(xiàn)在三方面：擠密振密作用：沉入樁管時，對周圍土體產(chǎn)生巨大橫向擠壓力，樁管將地基中等同于樁管體積的土顆粒擠向周圍的土體間，使其孔隙減少密度增大，達到目標(biāo);排水減壓作用：碎石樁加固的地基，樁中填充的碎石形成良好的排水通道使得地基中超靜孔隙水壓力的減少避免土體液化，同時消除孔隙水壓力加快土體固結(jié);減振抗震作用：由于碎石樁樁體強度大于樁間土強度，在荷載作用下應(yīng)力向樁體集中，減小樁間土的剪切力，達到減振效果。

此方法應(yīng)對甲、乙類建筑或缺乏建筑經(jīng)驗的地區(qū)在有代表性的地區(qū)進行試驗性施工，實驗結(jié)果應(yīng)滿足實際要求，在進行地基處理施工，處理深度宜為5～15m部分地區(qū)采用當(dāng)?shù)毓て骶邿o法達到預(yù)計處理深度。大量實驗和實例證明該方法不論是消除土的濕陷性還是提高土的承載力都是有效的，但是根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，在不增濕下，樁間土不易擠密。該方案增濕周期長，經(jīng)濟成本高于強夯法。本法同時適用于黏性土地基和松散沙土地基。

4? 工程案例分析

4.1 工程概況此工程地基的濕陷性

該工程位于寧夏回族自治區(qū)南部同心地區(qū)，土樣呈黃褐色，土質(zhì)疏松，具有大孔隙，天然含水量較小，多處于硬塑狀態(tài)，土樣pH=8.6，全鹽量為2307.95mg/kg，土體中溶鹽石膏（CaSO4）的含量最多，易溶鹽含量次之，難溶鹽碳酸鈣（CaCO3）含量較少。土體中易溶鹽和中溶鹽的含量高，濕陷性大。對土體進行正交試驗，實驗結(jié)果見表4[4]。

4.2 濕陷性指標(biāo)—濕陷系數(shù)與壓力關(guān)系

濕陷性指標(biāo)用δs表示濕陷性系數(shù)，濕陷性系數(shù)也被稱為濕陷系數(shù)，其用來評價黃土的濕陷性程度、濕陷性黃土、非濕陷性黃土指標(biāo)。

其中hp—為保持天然含水率和結(jié)構(gòu)式樣，加壓至一定壓力下沉穩(wěn)定后的高度（cm）;

h′p——為上述加壓穩(wěn)定后的土樣在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度（cm）;

h0——為土樣的原始高度（cm）。

黃土的濕陷性程度的大小分為三類：①當(dāng)0.015≦δs≦0.03時，濕陷性輕微;②當(dāng)0.03<δs≦0.07時，濕陷性中等;③當(dāng)δs>0.07時，濕陷性強烈。

其判斷標(biāo)準(zhǔn)時：δs≧0.015時，定為濕陷性黃土;δs<0.015時，定為非濕陷性黃土。

濕陷起始壓力是在黃土浸水飽和后壓縮變形達到δs=0.015時的最小壓力值。之后的濕陷系數(shù)與壓力的關(guān)系詳見圖3。

4.3 結(jié)合處理方案的處理結(jié)果

根據(jù)上文所列濕陷性地基的處理原則與方案，結(jié)合本工程實例與實際地質(zhì)與經(jīng)濟情況，本文選擇墊層法進行模擬處理，處理后整體土質(zhì)條件有了明顯改觀，土體濕陷系數(shù)δs有了明顯的減少，為整個工程的安全與造價提供了巨大的改善。

5? 結(jié)論

以上三種方案中，墊層法主要提高承載力、減小地基變形、加速土層排水固結(jié)以及消除濕陷作用、使用范圍較廣;強夯法設(shè)備簡單、工藝簡單、提高承載力、適用土質(zhì)廣、加固效果顯著、變形沉降量小、功效高和節(jié)省加固原材料;碎石樁法主要提高地基承載力、減少變形和增加抗液化性。

濕陷性黃土地基對于建筑物本身來說影響非常大，需要各施工單位在實際施工中，針對不同的濕陷表征，進行恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，有針對性的消除土的濕陷性。以保證建筑的安全與質(zhì)量以及節(jié)省更多經(jīng)濟成本，也為建筑工程的發(fā)展提供了相應(yīng)的思路。

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