西北地區(qū)的大厚度濕陷性黃土地基處理探究

魏致琴 路賡明

(1.甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020；2.中國(guó)鐵塔股份有限公司蘭州市分公司，甘肅 蘭州 730050)

我國(guó)是世界上濕陷性黃土分布最為廣泛地區(qū)，濕陷性黃土主要分布在甘肅、寧夏、陜西西北部、陜西和河南西部等地區(qū)。濕陷性黃土的厚度一般在10m～400m之間。在西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，黃土地區(qū)項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模不斷增加。如何處理大厚度濕陷性黃土地基成為西北黃土地區(qū)工程設(shè)計(jì)所需要思考和解決的問(wèn)題。

1 濕陷性黃土的特征分析

在西北地區(qū)施工的過(guò)程中，由于氣候干燥、黃土水分蒸發(fā)速度比較快，水體中的鹽分會(huì)快速的被析出，而后會(huì)吸附在土壤顆粒表面上，形成一種膠結(jié)物質(zhì)。在物質(zhì)的形態(tài)轉(zhuǎn)變之后土壤顆粒的移動(dòng)性會(huì)降低，由此會(huì)阻礙土壤顆粒骨架在其上部分覆土自身重量壓力下產(chǎn)生的壓密，由此形成可以被肉眼看見(jiàn)的大孔型結(jié)構(gòu)[1]。

在有水資源滲入到黃土中時(shí)，受水分的影響會(huì)快速滲透到土壤顆粒之間，由此會(huì)對(duì)土層的膠結(jié)構(gòu)鹽分造成破壞，土體自身的強(qiáng)度也會(huì)大幅度的降低。加上外界壓力干擾土壤的結(jié)構(gòu)會(huì)遭受破壞，土壤顆?；瑒?dòng)到大孔的位置上擠壓出土壤的骨架，引發(fā)大幅度、大范圍的濕陷。

2 西北地區(qū)大厚度濕陷性黃土地基處理情況分析

第一，不斷研究和開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝。大厚度濕陷性黃土地基處理開(kāi)發(fā)難度較大、成本高，這些特點(diǎn)成為制約整個(gè)西北地區(qū)發(fā)展的重要因素。但是我國(guó)關(guān)于厚度濕陷性黃土規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的研究處于一種滯后的狀態(tài)，有一些技術(shù)性問(wèn)題亟待解決，導(dǎo)致大厚度濕陷黃土地基處理所參照的規(guī)范難以達(dá)到預(yù)期的效果。新技術(shù)、新工藝的開(kāi)發(fā)會(huì)為濕陷性黃土問(wèn)題的處理提供支持。各個(gè)地區(qū)高校土木工程科學(xué)研究院校和科學(xué)研究所要強(qiáng)化對(duì)大厚度濕陷性黃土地基處理應(yīng)用性的深入研究，并將研究出來(lái)的新工藝、新技術(shù)、新方法等引入到建設(shè)項(xiàng)目的勘查設(shè)計(jì)和施工管理中，從而更好的指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工管理工作的開(kāi)展。在勘查設(shè)計(jì)和研發(fā)施工過(guò)程中如果遇到了大厚度濕陷性黃土地基處理問(wèn)題，也需要將實(shí)踐操作中遇到的問(wèn)題反饋給高校以及科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，由這科學(xué)研究院校來(lái)對(duì)復(fù)雜的課題開(kāi)展立項(xiàng)研究，最終實(shí)現(xiàn)研究機(jī)構(gòu)和工程單位建設(shè)發(fā)展的雙贏[2]。第二，強(qiáng)化西北地區(qū)勘查、設(shè)計(jì)和施工管理工作。陜西、山西和甘肅是我國(guó)大厚度濕陷性黃土的主要分布地帶，因此，想要強(qiáng)化對(duì)大厚度濕陷性黃土問(wèn)題的處理，需要加大對(duì)甘肅、陜西、山西等大厚度濕陷黃土分布地帶情況的研究，從而因地制宜的解決濕陷性黃土地基處理問(wèn)題。在西部大開(kāi)發(fā)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展下，陜西、山西和甘肅地區(qū)逐漸形成了經(jīng)濟(jì)區(qū)域，一大批大厚度濕陷性黃土項(xiàng)目建設(shè)完成，由此為工程勘察、工程設(shè)計(jì)和工程施工管理單位的發(fā)展提供了足夠的利潤(rùn)空間，在大厚度濕陷性黃土研究工作中，越來(lái)越多的資料開(kāi)始能夠被保存下來(lái)。第三，大厚度濕陷黃土地基處理要嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在處理黃土地基的時(shí)候要做好一系列的防水處理和地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工作。如果建筑開(kāi)發(fā)商需要將基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置在非濕陷性黃土層上的時(shí)候可以采取以下兩種方法，一種是消除地基的所有濕陷量；另外一種是將樁基穿透到所有的濕陷性黃土層中。同時(shí)，大厚度濕陷性黃土地基處理工作的順利開(kāi)展還需要因地制宜的考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)地基的靈活處理。第四，根據(jù)建筑物的規(guī)模來(lái)選擇不同的地基處理方式。①輕型建筑物的地基處理辦法。輕型建筑物的高度、荷載重量不大，地基處理厚度基本超過(guò)3m，建筑物的地基處理厚度需要超過(guò)4m，與此同時(shí)，下部分沒(méi)有得到處理的濕陷性黃土層剩余的濕陷量低于0.2m。在處理輕型建筑地基的時(shí)候，需要根據(jù)壓縮層的厚度和浸水的可能性來(lái)確定地基厚度。對(duì)于地基沉降敏感性較強(qiáng)的建筑物需要采取結(jié)構(gòu)措施，如對(duì)于浸水可能性較小的電視塔、微波塔等建筑地基處理和遭受浸水危害的工民建筑物地基處理需要區(qū)別對(duì)待。②多層、小高層建筑的地基處理。這類(lèi)建筑是在12層左右的建筑，建筑物荷載重量較大，地基處理深度需要盡可能的加深處理。在選擇地基處理方式的時(shí)候要綜合考慮上部分的荷載、基礎(chǔ)、浸水程度和結(jié)構(gòu)形式[3]。

3 工程概述

慶陽(yáng)地區(qū)某小區(qū)4#，7#樓為地上29層高層住宅樓，建筑的框架為剪力墻結(jié)構(gòu)；15#樓為地上4層商鋪，框架結(jié)構(gòu)；車(chē)庫(kù)為地下1層，框架結(jié)構(gòu)。該場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷性等級(jí)為Ⅱ級(jí)(中等濕陷)，濕陷性土層下限最大深度為19m。

慶陽(yáng)地區(qū)某小區(qū)4#，7#樓，15#商鋪及車(chē)庫(kù)采用素土擠密樁(DDC法)處理地基，以消除地基土濕陷性，具體如表1所示。設(shè)計(jì)要求素土擠密樁樁身壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93。素土擠密樁施工完成后，基礎(chǔ)底面以下500mm挖除，做500mm厚3∶7灰土墊層，灰土壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。 4#，7#樓采用樁筏基礎(chǔ)，15#商鋪采用條形基礎(chǔ)，車(chē)庫(kù)采用獨(dú)立基礎(chǔ)。

表1 慶陽(yáng)地區(qū)某小區(qū)地基基本情況分析

4 慶陽(yáng)地區(qū)某小區(qū)高層房屋建筑的地基處理方案分析

文章所研究的案例是高層民用建筑，建筑物的荷載比較大，在施工的工程中如果采用了單一的地基處理方式，將無(wú)法滿(mǎn)足整個(gè)建筑物的強(qiáng)度和變形需要。為此，在施工的過(guò)程中可以使用兩種地基處理方式，包含對(duì)大厚度濕陷性黃土可以先使用灰土樁來(lái)消除自重濕陷性場(chǎng)地側(cè)面壁的負(fù)摩擦阻力，強(qiáng)化側(cè)面的摩擦阻力，在此基礎(chǔ)上通過(guò)使用其他復(fù)合地基、樁基礎(chǔ)強(qiáng)化地基土的強(qiáng)度，削弱場(chǎng)地的濕陷性。

4.1 灰土擠密樁和粉噴樁復(fù)合地基處理方式和處理效果

4.1.1 處理方式

第一，在全面了解施工現(xiàn)場(chǎng)巖土情況、建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載要求后發(fā)現(xiàn)，如果使用樁基，樁端穿透濕陷性土層的深度比較長(zhǎng)，樁的長(zhǎng)度較長(zhǎng)會(huì)加大施工消耗。對(duì)此，使用灰土樁和粉噴樁復(fù)合地基處理方式，不僅能夠降低地基土的濕陷性，提升建筑的承載力，而且還會(huì)減少成本[4]。第二，復(fù)合處理措施。這施工中，樁長(zhǎng)為7m，樁徑為0.4m，灰土比例為1∶7，灰土樁各個(gè)樁的間隔距離為1m?；彝翗兜牟贾脮?huì)呈現(xiàn)出等邊三角形的狀態(tài)。在距離三根灰土樁的中心位置上布置粉噴樁，樁的長(zhǎng)度為7m，樁徑為0.5m，樁的間隔距離為1m。

4.1.2 處理效果分析

在采取灰土擠密樁和粉噴樁復(fù)合地基處理方式之后，地基土的干重度會(huì)增強(qiáng)，孔隙降低，土層的濕陷性也會(huì)大幅度的降低，整個(gè)建筑工程地基土工程屬性得到了明顯的改善。在深入分析荷載試驗(yàn)結(jié)果、低應(yīng)變樁身完整檢測(cè)結(jié)果之后發(fā)現(xiàn)，建筑地基土的承載力會(huì)從之前的95kPa提升到260kPa，樁基礎(chǔ)的承載力達(dá)到了規(guī)范的施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 素土樁、灌注樁復(fù)合地基處理方式和處理效果

4.2.1 處理方式

在全面調(diào)查研究之后發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)自重濕陷性黃土比較厚，在經(jīng)過(guò)單樁向承載力計(jì)算分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樁徑長(zhǎng)度為0.6m單樁，其長(zhǎng)度不能夠低于50m；樁徑為0.7m的單樁長(zhǎng)度則是需要超過(guò)45m。在施工處理中在不考慮側(cè)壁負(fù)摩擦阻力的情況下，樁長(zhǎng)可以設(shè)定為35m，并在施工過(guò)程中選擇素土樁、灌注樁結(jié)合的復(fù)合地基處理方式。樁基的布置方式是三角形，灌注樁的樁徑為0.65m，長(zhǎng)度為34m，布置方式為正方形[5]。

4.2.2 處理應(yīng)用效果

在使用素土樁、灌注樁復(fù)合地基處理方式之后，對(duì)素土擠密樁的三角形中間位置土樣開(kāi)展取樣試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)黃土的自重濕陷性被完全消除，地基土的濕陷性降低到了比較低的水平。與此同時(shí)，根據(jù)樁基檢測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)施工場(chǎng)地的鋼筋混凝土灌注樁豎向承載標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值為6500kN，完全滿(mǎn)足整個(gè)工程的施工要求[6]。

根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，在大厚度濕陷性黃土區(qū)域開(kāi)展建筑施工操作的時(shí)候，施工技術(shù)人員需要根據(jù)房屋建筑物的基本類(lèi)型、施工場(chǎng)地的土壤特征來(lái)選擇適合的地基處理方式，通過(guò)選擇適合的地基處理方式有效提升地基土的強(qiáng)度，為整個(gè)工程的順利施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支持。

4.2.3 高層建筑地基處理

高層建筑就是高度超過(guò)12層的建筑。這類(lèi)建筑對(duì)地基的壓力大，但是在具體施工的過(guò)程中，如果應(yīng)用單一化的施工手段對(duì)于安全性等相關(guān)要求難以更好地滿(mǎn)足。在地基施工時(shí)，如果運(yùn)用樁基法這種施工方式，由于大厚度濕陷性土壤自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在施工期間對(duì)側(cè)壁產(chǎn)生阻力。所以其建筑施工方式不符合經(jīng)濟(jì)原則，近年來(lái)，已被經(jīng)濟(jì)合理施工方式所替代，其中這種施工方式主要是在地基施工的前期，先實(shí)施擠密，其中這主要針對(duì)的是大厚度濕陷性地基，減少土壤對(duì)側(cè)壁的摩擦阻力，在此基礎(chǔ)之上實(shí)施地基施工。

5 大厚度濕陷性黃土地基處理創(chuàng)新

在現(xiàn)有的大厚度濕陷性黃土地基處理方法基礎(chǔ)之上還應(yīng)積極的創(chuàng)新，但是在實(shí)際創(chuàng)新的過(guò)程中必須要符合國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)，由此保障工程項(xiàng)目的質(zhì)量，而且更好滿(mǎn)足了日益增長(zhǎng)工作的需求量。對(duì)于有的建筑在建筑穩(wěn)定性等方面具有較高的要求，所以在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中應(yīng)有效的避免濕陷情況產(chǎn)生，或者是在加強(qiáng)對(duì)建筑場(chǎng)所選擇的過(guò)程中將濕陷的黃土地區(qū)規(guī)避掉。在進(jìn)行地基施工的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合施工的相關(guān)要求，并根據(jù)施工的實(shí)際情況選取最適合的施工方法，進(jìn)而使其達(dá)到預(yù)期的施工效果，還能減少項(xiàng)目資金的投入。

一般情況下在進(jìn)行大厚度濕陷性黃土地基建筑的過(guò)程中，主要以復(fù)工加工方式為主，但是如果黃土厚度大不建議使用。這時(shí)在進(jìn)行地基加工過(guò)程中應(yīng)考慮運(yùn)用其他的方法，如擠密法和預(yù)壓法、振沖法等。如果上述的方式不適用，還應(yīng)注重工程項(xiàng)目可行性這點(diǎn)并重新的進(jìn)行考慮，切忌不可在無(wú)法保障地基安全性情況下加強(qiáng)施工的建設(shè)。在具體施工的過(guò)程中，必須要根據(jù)建筑性質(zhì)來(lái)合理的選擇合適的施工方案。并對(duì)建筑的各個(gè)方面加以分析，如建筑滲水性、結(jié)構(gòu)、用途等方面，加強(qiáng)對(duì)合理施工方案的制定。在實(shí)際施工的過(guò)程中應(yīng)考慮到各種突發(fā)情況，并有效的應(yīng)對(duì)，結(jié)合施工的實(shí)際情況選擇最有效的處理方式。具體的地基處理要有建筑等級(jí)，還應(yīng)有針對(duì)性加強(qiáng)施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在考慮濕陷性黃土影響下，采取有效的地基處理方式。尤其是填方區(qū)尤其要注意，在回填前應(yīng)做好前期準(zhǔn)備的工作，對(duì)回填地基有效處理，防止由于地基不均勻沉降從而產(chǎn)生安全隱患。除此之外，建筑物還應(yīng)加強(qiáng)滑坡處理并全面落實(shí)。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，大厚度濕陷黃土在我國(guó)各個(gè)地區(qū)分布范圍十分廣泛，且不同地區(qū)所表現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)不同。為了能夠更好的處理各個(gè)地區(qū)的濕陷性黃土，需要相關(guān)人員根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ?chǎng)地濕陷性的基本特點(diǎn)、濕陷等級(jí)、土體厚度、技術(shù)情況來(lái)選擇適合的大厚度濕陷性黃土地基處理方法，旨在能夠通過(guò)恰當(dāng)?shù)奶幚韥?lái)保障地基的穩(wěn)定、安全，從而更好的促進(jìn)土地資源的開(kāi)發(fā)利用。