濕陷性黃土地區(qū)大型水泥工廠地基處理

胡有清

（安徽海螺建材設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241070）

水泥工廠建構(gòu)筑物具有上部結(jié)構(gòu)荷載大、地基承載力要求高、沉降要求較嚴(yán)格的特點(diǎn)。除了考慮結(jié)構(gòu)自身的安全性及沉降外，還要考慮建筑的沉降對設(shè)備的影響。因此在濕陷性黃土場地建設(shè)水泥工廠，需要研究黃土的濕陷特性及其機(jī)理，針對其特性采取技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的地基處理方法顯得尤為重要。

1 濕陷性黃土的特性及濕陷性機(jī)理

1.1 黃土的特性

黃土或黃土地層是一種多孔隙和弱膠結(jié)，于第四紀(jì)干旱和半干旱的大氣環(huán)境長期作用下，逐漸形成的一種堆積物，其結(jié)構(gòu)較為松散。黃土表現(xiàn)出來的力學(xué)性質(zhì)基本為濕陷性、振陷性和壓密性。其工程性質(zhì)同樣取決于其形成原因、年代和埋深。老黃土體現(xiàn)出的工程性質(zhì)是良好的，強(qiáng)度高，土質(zhì)密實(shí)、幾乎沒有多大壓縮性，也沒有濕陷性；新黃土強(qiáng)度一般，有濕陷性或嚴(yán)重的濕陷性；而新近堆積出來的黃土，其強(qiáng)度特別低，土質(zhì)也很松散，有很大的壓縮性，濕陷性變化范圍大。

1.2 黃土的濕陷性機(jī)理

濕陷性黃土里面的孔隙既有粒間孔隙，也有肉眼可見的大孔隙。在大自然活動（主要指動植物活動）期間，往往會對大孔隙孔壁造成的擠壓，而使其變得更加密實(shí)、更加穩(wěn)定。顆粒間的孔隙，往往其直徑會比土的顆?；蝾w粒集合體的直徑略大一些，在所有孔隙當(dāng)中，占據(jù)了80%左右的體積。土體結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)濕陷時(shí)，一定會被破壞掉，同時(shí)粒間孔隙也會改變、大幅度減少甚至可能會消失，即黃土中孔隙的存在給土顆粒的移動創(chuàng)造了條件。故而可推斷黃土的整體強(qiáng)度跟其土體結(jié)構(gòu)之間有密切的聯(lián)系，黃土在遇到水發(fā)生濕陷的時(shí)候，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)必然會跟濕陷變形一起發(fā)生改變，而黃土一旦開始濕陷，其粒間孔隙必然會被破壞，土顆粒也會出現(xiàn)滑移，這都是必經(jīng)過程。

2 濕陷性評價(jià)

2.1 濕陷性黃土的評價(jià)

針對黃土判定其濕陷性的時(shí)候，需要按室內(nèi)飽和浸水壓縮實(shí)驗(yàn)，測定在某一壓力下的黃土濕陷系數(shù)δs。若系數(shù)超過0.015，則判定該黃土為濕陷性，若系數(shù)在0.015以下，則判定該黃土為非濕陷性。

2.2 是否自重濕陷性的評價(jià)

按照濕陷形式黃土的濕陷性又可以分為一種自重濕陷性和一種非自重濕陷性。所謂的自重濕陷性指的是黃土的濕陷性，是因上覆土受水浸濕后，由其自重壓力引發(fā)的濕陷。建筑場地屬于哪一種類型的濕陷，需要按實(shí)測△zs或通過室內(nèi)壓縮試驗(yàn)得到的一系列△zs，經(jīng)過累計(jì)計(jì)算來判定。△zs不足70mm時(shí)，可將其判定為非自重濕陷性，若是△zs超過了70mm，就應(yīng)該判定為自重濕陷性。

2.3 等級判定

等于濕陷地基具體屬于什么濕陷等級，應(yīng)按濕陷量的實(shí)測值跟計(jì)算值等因素，按表一判定。

濕陷類型

表一 濕陷等級劃分

3 選擇處理地基的方法

要處理濕陷性黃土地基，可以選擇的方法較多，不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的建（構(gòu)）筑物，地基處理應(yīng)選用不同的方法。在地質(zhì)勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，判定濕陷性黃土層的濕陷類別、埋深、厚度及濕陷等級后，通過技術(shù)分析，在對工期要求、造價(jià)限制，還有工藝及設(shè)備要求、環(huán)境保護(hù)等多方面的因素納入綜合考慮后，最終選擇一種最優(yōu)的地基處理方法，經(jīng)過比選后，確保處理后的地基滿足結(jié)構(gòu)的承載力和變形要求。

本文以西北某水泥廠4500t/d水泥熟料生產(chǎn)線工程為例介紹在濕陷性黃土地區(qū)大型水泥工廠的地基處理。

根據(jù)地勘資料，場地屬黃土地區(qū)，上部上更新統(tǒng)新黃土及古土壤均具自重濕陷性，濕陷性黃土深度11.23～27.20m，對場地影響較大。濕陷性地層主要為上更新統(tǒng)1新黃土、1-1黑壚土、1-2古土壤、2新黃土、2-1古土壤、中更新統(tǒng)3老黃土、3-1古土壤、4老黃土、4-1古土壤、5老黃土、5-1古土壤、6老黃土?？倽裣萘拷橛?2.88～152.74cm，自重濕陷量介于7.72～75.96cm，屬Ⅲ級（嚴(yán)重）～Ⅳ級（很嚴(yán)重）自重濕陷性場地。地基土承載力特征值fak=150～230（kPa）。

按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》來看，水泥工廠大部分建筑屬于乙、丙類建筑。乙、丙類建筑一定要把地基的濕陷量降低到一定范圍內(nèi)（規(guī)范強(qiáng)條）。

由于水泥工廠大部分建構(gòu)筑物地基承載力要求高，且地基土層濕陷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范要求，根據(jù)表二可知，墊層法及強(qiáng)夯法已無法滿足要求，而擠密法因地基處理超過15m時(shí)拔管困難，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選擇DDC技術(shù)（孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁法）對地基進(jìn)行處理，以消除濕陷性，實(shí)現(xiàn)提高地基承載力的效果。

本項(xiàng)目DDC工法成孔機(jī)械選用長螺旋鉆機(jī)或電動洛陽鏟，鉆孔直徑400mm；孔內(nèi)分層填入2：8灰土，重錘夯擴(kuò)至550mm樁徑，錘重不小于1.50t。

通過靜載荷實(shí)驗(yàn)對廠區(qū)內(nèi)各單體工程的地基承載力進(jìn)行檢測，均能滿足達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力；通過土工實(shí)驗(yàn)，樁長范圍內(nèi)的濕陷性均已消除。廠區(qū)內(nèi)部分單體工程的地基處理設(shè)計(jì)情況見表二。

表二 某水泥工廠部分單體工程地基處理要求

在濕陷性黃土區(qū)建設(shè)水泥工廠，通過DDC工法處理地基，不僅可達(dá)到350kPa甚至以上的承載力，而且在處理范圍內(nèi)的土的濕陷性可以完全消除。能夠滿足水泥工廠中絕大部分單體工程的地基承載力及沉降要求。

4 結(jié)語

通過對濕陷性黃土特性及濕陷機(jī)理的了解，可以“對癥下藥”，找到把地基當(dāng)中的濕陷性成功消除的方法，從而提高地基的整體承載力，通過工程驗(yàn)證，又可以為以后解決工程問題積累經(jīng)驗(yàn)。濕陷性黃土地區(qū)水泥工廠的設(shè)計(jì)，不應(yīng)僅僅從地基處理單方面去防止或減小建筑物地基浸水濕陷，還應(yīng)采取防水措施和結(jié)構(gòu)措施，多管齊下，綜合治理。