自重濕陷性黃土地基處理的施工方法

石添著

(甘肅省民航機場集團有限公司 甘肅 蘭州 730030)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提升，對于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域投入了更多的關(guān)注。作為其中重要的組成部分，機場建設(shè)對于拉動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用。然而對于我國的西北地區(qū)來說，進行機場工程建設(shè)往往就需要面臨處理自重濕陷性黃土地基的問題，這在很大程度上提升了工程建設(shè)難度，一旦處理不當就容易發(fā)生失穩(wěn)、變形的情況，因此有必要做好處理和預(yù)防措施，有效提升機場的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

1 自重濕陷性黃土概述

1.1 概念

濕陷性黃土主要指的是土層在受到上覆土層自重應(yīng)力以及自重應(yīng)力附加應(yīng)力的作用下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，同時在土層浸水之后還會進一步出現(xiàn)相應(yīng)的附加變形。濕陷性黃土的土質(zhì)較為特殊，在我國西北、華中等地區(qū)的分布較為普遍，而自重濕陷性黃土就是濕陷性黃土中的一種。值得注意的是，如果黃土存在的時間較長，也會存在濕陷性消失的情況。

1.2 地質(zhì)特點

自重濕陷性黃土在自重以及附和壓力的影響下，會出現(xiàn)較為明顯的下沉的情況，同時因具有較為敏感的濕陷性，因此被稱之為濕陷性黃土。當前，濕陷性黃土層的特點主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，自重濕陷性黃土中酸堿鹽的成分比較突出，同時氯化物以及硫酸鹽等物質(zhì)也有較大占比。在這樣的情況下，自重濕陷性黃土的顏色較為單一，以黃褐、棕黃為主。第二，自重濕陷性黃土上一般會存在一定的空隙，同時部分空隙的尺寸較大。第三，自重濕陷性黃土中往往含有一定的礦物質(zhì)。第四，濕陷性黃土中粉土顆粒的成分較多。第五，自重濕陷性黃土具有十分敏感的濕陷性，同時其表面存在垂直節(jié)理。自重濕陷性黃土在受到自重壓力之后會產(chǎn)生下陷的問題，同時其產(chǎn)生也是需要一定條件的。結(jié)合研究結(jié)果來看，自重濕陷性黃土的產(chǎn)生需要在黃土層下深埋較長的時間。如果具備黃土層較厚、降水量較少以及地下水位較低等因素，那么勢必會產(chǎn)生相應(yīng)的自重濕陷問題。

1.3 危害

自重濕陷性黃土具有一定的特殊性質(zhì)，在受到一定壓力的時候，如果浸水就會導(dǎo)致土層結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)出現(xiàn)破壞，進而導(dǎo)致土層下降。自重濕陷性黃土在受到上覆自重壓力以后，其發(fā)生的濕陷變形與附加下沉大多是不均勻的，從而也就會造成失穩(wěn)型的地基變形。在出現(xiàn)變形之后，兩個小時之內(nèi)就可能會達到30cm的變形量，而這樣速度快、規(guī)模大以及不均勻的變形往往會給工程項目帶來十分不利的影響，在嚴重的時候還會造成建筑物傾斜、承重結(jié)構(gòu)開裂以及機器設(shè)備基礎(chǔ)損壞等。因此在實際開展?jié)裣菪渣S土場地項目建設(shè)的時候，應(yīng)對其不均勻沉降情況進行嚴格控制，最大限度地降低地基受水侵蝕的可能性，并采取嚴格的地基處理措施，從而減少自重濕陷性黃土地基沉降對工程項目造成的危害。

2 自重濕陷性黃土地基處理的有效技術(shù)

2.1 地基處理技術(shù)原則

自重濕陷性黃土在受到外部環(huán)境因素影響的時候往往會出現(xiàn)濕陷性敏感以及強度降低等問題，對于工程建設(shè)的順利開展將會產(chǎn)生不利影響。在這樣的情況下，應(yīng)在工程項目開展的前期階段，結(jié)合工程項目對地基承載力的具體要求選擇較為合理的濕陷性黃土地基處理方法，進而為地基承載力以及項目使用壽命的提升提供安全保障[1]。為盡可能減少自重濕陷性黃土地基對于項目的不利影響，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)根據(jù)工程項目地基的具體情況進行分析，并結(jié)合工程實際制定出完善的施工方案。具體來說，應(yīng)參照的技術(shù)原則主要涉及到以下幾方面：第一，應(yīng)遵循因地制宜的原則，確保施工方案可以和工程項目地段特點與施工要求相適應(yīng)，同時加強對多種影響因素的綜合考慮，進而提出科學(xué)的地基處理方法。第二，應(yīng)保證相關(guān)處理技術(shù)的安全性與可靠性，建設(shè)人員在應(yīng)用技術(shù)方法的時候，既要確保滿足施工方案要求，又要提升整體流程的簡便性，保證在處理之后可以提升地基的穩(wěn)定性，并延長其使用周期。第三，在對濕陷性黃土層進行處理的時候，應(yīng)確保其處理的完善性，盡可能減少濕陷量剩余，保證各個技術(shù)流程符合相關(guān)技術(shù)標準及相關(guān)規(guī)范要求。

2.2 地基處理總體思路

通常情況下，濕陷性黃土往往存在與較為干燥的區(qū)域環(huán)境下，在天然氣候的影響下，黃土層中粉顆粒、礦物質(zhì)以及鹽類物質(zhì)會更加緊密地粘連在一起，進而在一定程度上提升了黃土地基的強度。然而一旦出現(xiàn)降水或遇到地下水，黃土地基結(jié)構(gòu)就會受到水的影響，造成粘連組織出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，同時其緊密結(jié)構(gòu)也會因為空隙而變得更加松散，造成地基強度會在短時間內(nèi)突然下降。在這樣的情況下，如果受到一定的壓力作用，土層結(jié)構(gòu)將會進一步被破壞，進而出現(xiàn)嚴重的沉降現(xiàn)象。在提出地基處理技術(shù)方案之前，需要對黃體地基的實際情況進行綜合分析，由于自重濕陷性黃土層是長時間在干旱氣候因素下經(jīng)過風(fēng)積所形成的，那么其承受壓力與水分融合的能力勢必會比較低，同時還具有濕度低、緊密性差、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙大的特點，在這部分特點的綜合影響下，濕陷性黃土的濕陷率將會進一步提升[2]。對于這樣的問題，相關(guān)建設(shè)人員開展自重濕陷性黃土地基處理的時候應(yīng)提升對其類型特點的適應(yīng)性，進而有效采取合理的解決方法。當前，黃土地基處理過程中比較常見的方法包括強夯處理法、換填法、擠密加固法等，保證在開展施工之前可以最大限度地降低黃土的濕陷性，促進地基承載力、安全性與穩(wěn)定性的提升。

2.3 地基處理具體方法

2.3.1 換填墊層法

換填墊層法是現(xiàn)階段處理自重濕陷性黃土地基過程中較為常見的一種方法，其主要可以分為灰土墊層法以及素土墊層法。換填墊層法的應(yīng)用原理在于將濕陷性黃土地基處理范圍內(nèi)的濕陷性黃土挖出并進行篩選，然后將灰土、素土或一定比例的混合土回填進去，進而提升墊層濕度、強度以及隔水性。與此同時，應(yīng)保證在回填過程中可以通過分層的對地基進行夯實，通過孔隙率較小的回填土來提升整體地基的密實程度，實現(xiàn)對變形的有效控制。換填墊層法的應(yīng)用優(yōu)勢在于，分層壓實的操作工藝可以有效降低地基結(jié)構(gòu)的濕陷性與滲透性，對于防止地基沉降變形起到十分良好的效果。而且采用換填墊層法還具有操作簡單、流程便捷的優(yōu)勢，而在濕陷性黃土地基處理中還可以進一步提高地基承載力和穩(wěn)定性。但是換填墊層法的應(yīng)用也有一定的局限性，其處理范圍有限，因此在黃土濕陷性范圍較小的時候可以采用這種方法。

2.3.2 強夯處理法

除了換填墊層法以外，強夯法也是當前機場工程中進行地基處理較為常用的方法，同時在消除黃土的濕陷性、提升濕陷性黃土方面發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用。現(xiàn)階段，強夯法憑借其在經(jīng)濟性、高效性方面的優(yōu)勢得到了較為廣泛地應(yīng)用，其應(yīng)用原理在于通過重錘自由落體而產(chǎn)生的沖擊波壓縮土層結(jié)構(gòu)空隙，同時將其中的水和氣體排出，促進土體固結(jié)，進而有效提升地基的承載力，減少黃體濕陷性對于工程建設(shè)的不利影響。通常情況下，強夯法應(yīng)用于對處理區(qū)域的整片處理，相關(guān)建設(shè)人員在施工之前需要先對夯實點、夯實范圍以及重錘落距進行調(diào)整，保證其設(shè)置的合理性。這樣有助于提升重錘夯實法的應(yīng)用效果，不僅可以擴大壓實范圍，同時還可以加大其擊實深度。值得注意的是，夯實法的應(yīng)用對于土層含水量以及土層厚度有著一定的要求，其土層厚度應(yīng)控制在3～6m左右，而黃土飽和度則需要在60%以下。經(jīng)過強夯法處理之后，土層的抗水性和抗震性會在一定程度上變?nèi)?，因此需要配合以合理的排水措施[3]。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，當前在濕陷性黃土地基處理中應(yīng)用強夯法的時候可以更多地使用高分子材料，進而不僅可以顯著削弱濕陷性，還可以促進地基承載力與穩(wěn)定性的提升。結(jié)合機場道路工程的實際情況來看，強夯法大多應(yīng)用在道槽區(qū)、營房區(qū)、放坡區(qū)等區(qū)域的施工中，同時根據(jù)黃土厚度的不同，強夯的方法也存在差異。其中，在5m以內(nèi)的區(qū)域采用2000kN.m能級強夯兩次；9m以內(nèi)的區(qū)域采用6000kN.m能級強夯兩次，最終再用1000kN.m能級強夯一次。機場道路施工區(qū)域在經(jīng)過強夯法處理之后，有效深度范圍內(nèi)的孔隙減少20%、密度提高14%、濕陷性全部消除，進而大大提升了整體的地基承載力。強夯法的應(yīng)用優(yōu)勢在于施工方法簡便且效果突出，可以在短時間內(nèi)提升地基的承載力[4]。與此同時，相較于其他方法，強夯法的成本投入很少，可以顯著提升整體工程的經(jīng)濟效益，因此也在我國黃土地區(qū)工程建設(shè)中得到了較為廣泛地認可與應(yīng)用。然而強夯法的弊端在于其只適用于面積大且地形開闊的機場濕陷性地基處理，對于地形狹窄、地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域則難以起到良好的應(yīng)用效果。

2.3.3 灰土擠密樁法

灰土擠密樁法的應(yīng)用原理在于通過打樁機錘擊形成相應(yīng)的孔洞，再將由灰土夯實而成的灰土樁回填到孔洞中，在此過程中，灰土擠密樁位置的土層在受到錘擊擠壓作用之后會進行橫向運動，從而帶動區(qū)域整體土層密度的提升，因此采用灰土擠密樁法可以有效起到消除濕陷性、提高地基承載力的作用[5]。相較于強夯法等處理技術(shù)，灰土擠密樁法最大的差異在于由豎向加密轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向加密，通過在地基土層中形成打樁孔并夯實的形式可以最大限度地提升地基土體密實程度?；彝翑D密樁法的應(yīng)用優(yōu)勢在于，該方法可以改變土層的工程物理性質(zhì)，因此可以擴大濕陷性的消除范圍。但其弊端在于整體的工藝操作比較復(fù)雜，使用該技術(shù)還造成成本投入的增加，再加上對地基土含水量有一定要求，在含水量較少的情況下需要先進行增濕處理。

2.3.4 預(yù)浸水法

通常情況下，在對自重濕陷量在五百mm以上、黃土層厚度在10m以上、深度在5m以上區(qū)域進行處理的時候就可以使用預(yù)浸水法。預(yù)浸水法是最早應(yīng)用到自重濕陷性黃土處理中的方法之一，我國開展對于預(yù)浸水法應(yīng)用的研究是在上世紀六十年代初。顧名思義，預(yù)浸水法就是在施工之前先對黃土地基進行浸水處理，在其土層結(jié)構(gòu)相對固定的基礎(chǔ)上再進行壓密，從而有效避免施工后期受到降雨以及浸水的干擾。在實際應(yīng)用預(yù)浸水法之前，需要先對相關(guān)設(shè)計參數(shù)計算方法進行判定，進而提升該方法的適用性和合理性。實踐表明，預(yù)浸水法對自重濕陷性黃土地基處理可以起到十分良好的效果。該方法的優(yōu)勢在于施工流程便利且成本投入較小，但是使用預(yù)浸水法需要較長時間，因此會對工期造成一定影響。而且浸水過程對于工藝技術(shù)的要求較高，并且會造成大量水資源的浪費，因此預(yù)浸水法的應(yīng)用范圍并不是特別廣泛。

3 結(jié)語

綜上所述，加強機場等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是促進西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要舉措，然而在實際開展施工的過程中往往會因為自重濕陷性黃土地基而限制工程的順利開展。自重濕陷性黃土受到壓力作用與浸水之后，其承載力與穩(wěn)定性將會大大降低，進而出現(xiàn)相應(yīng)的沉降問題。因此在進行施工的時候，應(yīng)充分加強對自重濕陷性黃土的研究與處理，通過靈活運用換填法、強夯法等，提升地基的承載力與安全性。