淺談黃土高原濕陷性黃土地基處理方法

楊錦行

一、濕陷性黃土的概念與分布

黃土是在干旱或半干旱氣候條件下形成的多孔性具有柱狀節(jié)理的黃色粉性土，是一種常見的特殊地基。在我國分布范圍很廣，北始于陜西白于山，河北燕山，南至于甘肅岷山、陜西秦嶺和河南熊耳山、伏牛山，自北而南呈戈壁、沙漠、黃土逐漸過渡;西起祁連山，東至太行山，包括黃河中下游的環(huán)形地帶。其中屬黃河中游的黃土高原地區(qū)分布最為集中、面積最大、厚度最深，是我國黃土分布的中心，主要集中在甘肅、陜西和山西省的大部分地區(qū)，分布面積占全國黃土面積的72%以上，最大深度達到200m以上，且大部分黃土具有濕陷性。這些黃土在天然含水量情況下一般呈堅硬或者硬塑狀態(tài)，但遇水浸濕后，在上覆土的自重應力作用下，或者在上覆土的自重應力與外荷引起的附加應力的共同作用下，土的結構迅速破壞并產(chǎn)生顯著附加下沉，我們把這類黃土稱為濕陷性黃土。按照土體承受的作用力，通常又把前者稱為自重濕陷性黃土，后者稱為非自重濕陷性黃土。

二、黃土濕陷性的判定

黃土是否具有濕陷性，以及濕陷性的強弱程度如何，應按原狀試樣在某一給定的壓力作用下土體浸水后的濕陷系數(shù)δs來衡量。按照濕陷系數(shù)的大小，黃土濕陷性評價為：當δs<0.015時，為非濕陷性黃土;當δs≥0.015時，為濕陷性黃土。而黃土濕陷的類型則由自重濕陷量△zs來判定，當△zs≤70mm時，定為非自重濕陷性黃土;當△zs>70mm時，定為自重濕陷性黃土。按照濕陷量的計算值，濕陷性黃土的濕陷性可劃分為Ⅰ（輕微）、Ⅱ（中等）、Ⅲ（嚴重）、Ⅳ（很嚴重）四個等級。

三、濕陷性黃土地基處理的方法

濕陷性黃土地基處理的主要目的是為了消除黃土的濕陷性，但往往同時也提高了黃土地基的承載力。常用的地基處理方法有以下幾種：

1、墊層法

墊層法根據(jù)選用的材料類型，可分為黏性土墊層法和灰土墊層法。粘性土墊層法是最為常用的地基處理方法，具體做法是將基礎下的濕陷性土層全部或者部分挖出，再將基坑用就地挖出的粘性土分層回填夯實。工程實踐表明，采用整片土墊層法處理濕陷性黃土地基，施工工藝簡單，處理效果好，機械作業(yè)工期短?；彝翂|層法是將石灰與濕陷性黃土按照特定的比例混合均勻，然后分層鋪設并夯實。此法施工簡便，工程造價低，質(zhì)量指標易控制。按照基地處理要求科學合理選用，如果僅要求消除地基下濕陷性黃土的濕陷量時，可考慮采用土墊層進行處理;如果同時要求提高墊層的承載力和水穩(wěn)定性時，則須考慮采用灰土墊層進行處理。

2、土樁或者灰土樁法

用機械、人力或者爆擴等技術成孔后，再以最優(yōu)含水量的素土或者灰土回填，并分層夯實成樁的方法，稱為土樁或者灰土樁法。該法的處理深度一般為5～15m。土樁或者灰土樁法適用于地下水位以上且土的飽和度sr<65%的濕陷性黃土地基。如果僅僅是為了消除地基土的濕陷性，可考慮使用土樁;但如果要求同時提高地基承載力，則往往使用灰土樁。

3、強夯法

強夯法是利用機械設備將幾十至上百噸的重錘起吊到一定高度處后讓其自由落體，對土體進行反復動力夯擊，使土體迅速固結，降低其壓縮性，消除其濕陷性，達到提高其強度的目的。強夯法具有施工簡單、效率高、工期短，對黃土濕陷性消除的深度較大等優(yōu)點，缺點是施工噪音大，公害顯著，單位面積夯擊能量小。

4、重錘夯實法

重錘夯實法是將20～30kN重的夯錘以4.0～6.0m的落距對天然地基表面進行反復夯擊，在夯實層的范圍內(nèi)，土中孔隙減少，其物理、力學性質(zhì)獲得顯著改善，并使得地基承載力得到提高。采用重錘夯實法，一般可消除1.0～2.0m深度內(nèi)黃土的濕陷性。

5、夯坑基礎法

夯坑基礎法是將與基礎形狀相同的重錘沿導向架提升到3～8m的高度，然后自動脫鉤下落錘擊地基，形成深度為0.6～3.0m的錘形夯坑，再在坑內(nèi)布置鋼筋、澆筑混凝土，形成夯坑基礎的一種方法。由于這種施工工藝在處理地基的同時形成了基坑，省去了開挖基坑和立模板的工序和材料，故省工、省時、省料。

6、預浸水法

預浸水法是在修建建筑物前預先對濕陷性黃土地基進行大面積浸水，使土體在飽和自重應力作用下發(fā)生自重濕陷，產(chǎn)生壓密，從而達到消除全部黃土層的自重濕陷性和深層土層的外荷濕陷性的目的。具有操作簡便，處理范圍廣、深度大等優(yōu)點，是一種比較經(jīng)濟有效的處理方法。但該方法的缺點是用水量大，工期長。

7、鉆孔夯擴樁擠密法

鉆孔夯擴樁擠密法又稱為孔內(nèi)強夯法、渣土樁法、深層孔內(nèi)夯擴樁法。他是先成孔，再向孔內(nèi)分層回填建筑垃圾、渣土、素土或灰土，然后利用尖底或者弧形底錘以較高的落距向孔內(nèi)夯擊，錘底以輻射狀近似半橢圓球形分布的動應力沖擊擠壓土體，從而加強土體，在消除土體濕陷性的同時提高地基的承載力。鉆孔夯擴樁擠密法對地基的處理深度較深，可達20m左右，且無地下水位的限制。由于該法可將地基處理和消納建筑垃圾（或渣土）相結合，因而是一種經(jīng)濟、有效、環(huán)保的地基處理方式。

8、樁基礎法

樁基礎法處理地基的機理是采用挖孔、鉆孔等方法穿越濕陷性黃土層成樁，使上部荷載通過樁尖傳到下部的持力層中去，這樣即使地基受水浸濕也不會發(fā)生濕陷，是一種比較傳統(tǒng)的基礎形式。常用的有靜壓樁、打入式預制樁和就地灌注樁。在濕陷性黃土地區(qū)，采用打入式預制樁時，一定要選擇可靠的持力層，而且要考慮黃土在天然含水量時對沉樁的摩阻力較大，尤其當黃土中還有一定數(shù)量的鈣質(zhì)結核時，沉樁較為困難，甚至達不到預定標高。樁基礎法安全可靠，施工速度較快，即使在地基浸水時也能確保不發(fā)生濕陷事故，但其缺點是耗用鋼材、水泥較多，造價較高。

四、濕陷性黃土基地處理在水利工程建設中的應用

近年來，濕陷性黃土地基處理在水利工程建設中已被廣泛使用，取得了良好的效果，有了一定的施工經(jīng)驗。近兩年比較典型的案例有慶陽市馬蓮河水利樞紐工程和鹽環(huán)定揚黃續(xù)建甜水堡調(diào)蓄引水工程。馬蓮河水利樞紐工程是國家172項重大水利工程之一，其主要建設內(nèi)容賈咀水庫和硯瓦川水庫地質(zhì)條件基本類似，壩線處河道主河床巖石出露，兩側(cè)覆蓋層較薄，為河漫灘和一級階地，主要由Q4黃土和第四系全新統(tǒng)河流沖洪積物組成，左右岸均為馬蘭黃土和離石黃土。Q4黃土、馬蘭黃土和離石黃土上部均具有濕陷性，且均為自重濕陷性黃土，厚度分布不均，在10m～39m不等，濕陷性具強～輕微不同等級。鑒于濕陷性黃土范圍及厚度均不大，地基處理設計中將兩岸的濕陷性黃土全部挖除，同時將河漫灘和一級階地全部挖除，從根本上消除了黃土的濕陷影響。甜水堡調(diào)蓄引水工程是鹽環(huán)定揚黃續(xù)建項目中新謀劃建設的一座調(diào)蓄引水工程，其壩址區(qū)黃土具有輕微～中等濕陷性，濕陷等級為Ⅰ級（輕微）非自重濕陷～Ⅱ級（中等）自重濕陷，濕陷深度為4～6m，最大深度10.3m，根據(jù)黃土濕陷性及工程經(jīng)驗，設計將基地以上黃土挖除，基底以下采用強夯等工程措施進行處理，以消除黃土的濕陷影響。

（作者單位：745000甘肅省慶陽市水利工作總站）