淺析濕陷性黃土地基處理方法

郝一陳

山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司（030032）

0 前言

在經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷取得新成果的今天，人們對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求越來(lái)越高，無(wú)論是建筑工程還是公路工程乃至于一些特殊的水利水電工程等，都直接影響著人們的生活質(zhì)量，因此必須考慮到各種特殊條件下的問(wèn)題，保證這些工程設(shè)施的質(zhì)量安全。濕陷性黃土是一種下沉性的不穩(wěn)定土壤，不能為工程提供足夠的承載力，在我國(guó)山西省、陜西省、甘肅省等大部分地區(qū)都有分布。對(duì)濕陷性黃土地基處理方法進(jìn)行研究，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 濕陷性黃土地基概述

濕陷性黃土是一種比較特殊的土壤，大致可以分成兩種類(lèi)型:一是黃土在降水作用下受到上層土壤結(jié)構(gòu)的壓力而發(fā)生下陷問(wèn)題，這種黃土可稱(chēng)為自重濕陷性黃土；另一種是在僅受到自重作用時(shí)不會(huì)發(fā)生下陷、在受到自重和外力的共同作用時(shí)發(fā)生下陷的黃土，這種可以稱(chēng)之為非自重濕陷性黃土。相比于常規(guī)的土壤而言，濕陷性黃土比較特殊。具有濕陷性黃土的地區(qū)往往是溫帶大陸性氣候，終年干旱少雨，溫度較高，水分蒸發(fā)量非常大。在水分不斷蒸發(fā)的過(guò)程中，土壤中的鹽分會(huì)隨之滲出地面并凝結(jié)成型，此時(shí)在大規(guī)模降水的影響下，黃土本身的黏合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以保證其穩(wěn)定性，就可能會(huì)發(fā)生黃土濕陷。在人類(lèi)活動(dòng)越來(lái)越頻繁的今天，城市生活管道漏水、地面積水、生產(chǎn)和生活用水滲入等問(wèn)題也開(kāi)始成為黃土濕陷的影響因素，這從一定程度上加大了濕陷性黃土的處理難度。

黃土濕陷性的成因比較復(fù)雜，而主要的決定性因素在于[1-3]:第一，濕陷性黃土的形成離不開(kāi)水分大量蒸發(fā)，干旱地區(qū)和半干旱地區(qū)特殊的氣候條件是濕陷性黃土出現(xiàn)在西北地區(qū)的原因。第二，黃土缺水，在水分潤(rùn)濕以后會(huì)形成增厚水膜進(jìn)入黃土顆粒物質(zhì)之間，進(jìn)而導(dǎo)致黃土的下陷。第三，黃土的含水率比較低，承擔(dān)的自重和外部作用力比較大，超出了黃土本身的承載能力，會(huì)導(dǎo)致濕陷性黃土的出現(xiàn)。在了解濕陷性黃土成因的基礎(chǔ)上，對(duì)濕陷性黃土地基處理方法進(jìn)行探討，具有一定的積極作用。

濕陷性黃土地基的特征比較明顯，可能會(huì)給建筑物、公路工程等造成質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致嚴(yán)重的建筑物沉降、開(kāi)裂、歪斜問(wèn)題，甚至可能會(huì)導(dǎo)致一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此在涉及到濕陷性黃土地基的項(xiàng)目工程中，必須要嚴(yán)格對(duì)濕陷性黃土地基處理方案進(jìn)行細(xì)化，確保工程萬(wàn)無(wú)一失。

對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行處理，能夠讓該區(qū)域的土壤結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，降低黃土本身的滲水能力，避免其在大規(guī)模降水或地下水影響下發(fā)生濕陷問(wèn)題，在有必要的情況下可同時(shí)采取多種處理方法，避免黃土結(jié)構(gòu)在構(gòu)造物建成后發(fā)生大規(guī)模沉降，降低建筑物安全及質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。黃土地區(qū)的工程必須先判斷濕陷性黃土地基的濕陷性等級(jí)，然而在實(shí)際的工程中我國(guó)黃土地區(qū)的土料可選擇性并不高，因此必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行有效處理，從根本上降低濕陷性黃土地基導(dǎo)致的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

2 濕陷性黃土地基處理方法

我國(guó)黃土地區(qū)大范圍存在濕陷性黃土地基，確實(shí)給工程帶來(lái)了質(zhì)量隱患。通過(guò)對(duì)濕陷性黃土地基的形成原因、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、不良影響進(jìn)行細(xì)致分析，明確了濕陷性黃土地基的處理辦法。以下幾方面措施能夠有效提升濕陷性黃土地基處理效果。

2.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。根據(jù)其作用機(jī)理也可以稱(chēng)之為動(dòng)力固結(jié)法，其主要是通過(guò)將重量在100～400 kN 不等的重物吊起，從6～40 m 的高空自由落下，從而讓濕陷性黃土地基承受巨大的沖擊力，達(dá)到加固土壤結(jié)構(gòu)的效果。一般情況下可以在不飽和黏性土地基的加固中發(fā)揮作用，除了能夠保證濕陷性黃土地基得到有效壓縮，還能夠起到優(yōu)化濕陷性黃土抵抗液化能力的作用，避免濕陷性黃土地基在后續(xù)的施工應(yīng)用中發(fā)生嚴(yán)重不均勻沉陷[4]。

在利用強(qiáng)夯法進(jìn)行濕陷性黃土地基處理的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)地情況，對(duì)重錘的夯擊能、時(shí)隔間距、所需加固深度等進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并在此基礎(chǔ)上確定強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的具體方案，從而保證濕陷性黃土地基的處理效果。在應(yīng)用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基以后，黃土地基的承載力能夠提升2～5 倍。強(qiáng)夯法具有比較突出的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)其還具有成本低、效率高、應(yīng)用難度低等一系列優(yōu)勢(shì)，值得進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。

2.2 預(yù)浸水法

濕陷性黃土地基的處理難度比較大，除了強(qiáng)夯法之外，預(yù)浸水法也是比較常見(jiàn)的一種處理措施，能夠利用水分對(duì)黃土地基進(jìn)行浸濕，讓濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)在自重作用下事先進(jìn)行沉降，從而彌補(bǔ)其縫隙過(guò)大、壓實(shí)度過(guò)低的欠缺。一般情況下，預(yù)浸水法可以在黃土厚度和濕陷性系數(shù)較大的地基處理中發(fā)揮作用。借助預(yù)浸水法處理以后的濕陷性黃土地基更加穩(wěn)定。但預(yù)浸水法的應(yīng)用也有一定的風(fēng)險(xiǎn)，如果不能準(zhǔn)確控制用水量等，就可能導(dǎo)致濕陷性黃土地基大規(guī)模開(kāi)裂和下沉，因此在應(yīng)用預(yù)浸水法處理濕陷性黃土地基時(shí)，務(wù)必要合理控制水分用量，一般用水量可控制在5 t/m2左右[5-6]。

2.3 精選混凝土原料

混凝土材料是濕陷性黃土地基處理中最重要的一種材料，其性能直接決定了濕陷性黃土地基處理效果，因此設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)本地區(qū)實(shí)際情況，選擇質(zhì)量和性能過(guò)硬的原材料，確保濕陷性黃土地基凝結(jié)強(qiáng)度和荷載能力等。水泥是混凝土原材料當(dāng)中的重中之重，決定了混凝土最后的強(qiáng)度，但是目前市面上常見(jiàn)的水泥存在安定性過(guò)低的問(wèn)題，其中的氧化鈣含量過(guò)高，水化速度非常慢，即使表面硬化其內(nèi)部也依舊進(jìn)行水化作用，進(jìn)而給濕陷性黃土地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不良影響，甚至可能導(dǎo)致地基結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)開(kāi)裂等問(wèn)題。

另外，需要考慮到混凝土中的有機(jī)物與含泥量指數(shù)，避免有機(jī)物與含泥量給混凝土結(jié)構(gòu)的密度造成負(fù)面影響，確?；炷两Y(jié)構(gòu)能夠在濕陷性黃土地基處理中發(fā)揮應(yīng)有的作用。務(wù)必在確保各個(gè)原材料質(zhì)量準(zhǔn)確無(wú)誤的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土材料的配置比例進(jìn)行合理控制，確保混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免因原材料投放順序、投放數(shù)量不合理導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)問(wèn)題，確保濕陷性黃土地基處理有效性[7-8]。

2.4 深層攪拌樁法

深層攪拌樁技術(shù)是濕陷性黃土地基處理中最具應(yīng)用價(jià)值的一種方法，能夠在濕陷較輕且含水量豐富的黃土地基處理中發(fā)揮作用。根據(jù)實(shí)際情況，深層攪拌樁技術(shù)可以分成干法施工和濕法施工兩種。干法施工指的是在黃土深層攪拌過(guò)程中噴固化材料，濕法施工則是將混凝土砂漿注入黃土，二者都具有保證濕陷性黃土地基穩(wěn)定性的效果。究其原理主要是利用固化劑或混凝土砂漿提升黃土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的黏合度，從而讓黃土結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度和支撐力得到提升。和其他的濕陷性黃土地基處理方法相比，深層攪拌樁技術(shù)具有更突出的處理效果，且不會(huì)產(chǎn)生水資源浪費(fèi)、噪聲污染等環(huán)境問(wèn)題，因此得到了越來(lái)越多的認(rèn)可。在應(yīng)用深層攪拌樁技術(shù)的過(guò)程中，需要根據(jù)黃土地基的實(shí)際情況判斷其含水率，并據(jù)此確定選用干法施工或濕法施工。

通常在黃土地基的含水量大于30%的基礎(chǔ)上，才能選用干法施工模式，將處理好的固化劑以粉末形式噴射到黃土結(jié)構(gòu)中去，從而確保加固效果。在濕法施工中，需要借助設(shè)備將配制好的混凝土砂漿注入黃土地基，這個(gè)過(guò)程比較復(fù)雜，稍有不慎可能出現(xiàn)樁體中心固化不完全的問(wèn)題。為了規(guī)避這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)混凝土材料進(jìn)行有效控制，并保證注漿速度等，避免將可能存在的質(zhì)量問(wèn)題。

2.5 擠密樁法

擠密樁法也在濕陷性黃土地基處理過(guò)程中扮演著重要角色，一般適用于含水率保持在14%～22%的黃土地基，具有比較可觀的應(yīng)用效果。在正式施工之前，需要對(duì)本次待處理的濕陷性黃土地基情況進(jìn)行分析，確認(rèn)其含水率是否符合擠密樁法應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，然后可確定具體的打孔方案，在方案中注明回填土的種類(lèi)和要求等，確保擠密樁法能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用。

擠密樁法主要是利用樁體和樁孔之間的擠壓效果加固黃土地基，從而達(dá)到提升濕陷性黃土地基穩(wěn)定性，因此應(yīng)避免透水性材料摻入回填土，導(dǎo)致濕陷性黃土地基大規(guī)模沉降的風(fēng)險(xiǎn)。在樁體順利入孔后對(duì)沉管進(jìn)行振動(dòng)或捶打，使之發(fā)揮應(yīng)有的擠壓作用，從而保證濕陷性黃土地基處理效果。

2.6 化學(xué)加固法

化學(xué)加固法在濕陷性黃土地基處理中也有應(yīng)用，主要可以分成堿液加固法和單液硅化法兩種。堿液加固法主要是利用氫氧化鈉溶液和黃土中金屬離子的反應(yīng)，達(dá)到加固黃土地基的效果，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后可在土壤中形成大量金屬化合物，能夠自動(dòng)進(jìn)行膠結(jié)等，對(duì)提升濕陷性黃土地基的強(qiáng)度有一定的積極作用。單液硅化法更加簡(jiǎn)單，主要是利用硅酸鈉溶液的特性，使之在與黃土中的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)后，達(dá)到提升濕陷性黃土地基強(qiáng)度的效果，在地下水水位比較低的黃土區(qū)能夠發(fā)揮不可替代的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著濕陷性黃土地區(qū)建筑工程、公路工程等建設(shè)的大力發(fā)展，為保障工程建筑的安全穩(wěn)定性和可靠性，應(yīng)提高對(duì)濕陷性黃土地基的消除處理技術(shù)水平，不斷改進(jìn)和完善處理方法，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)處理措施，有效消除黃土地基的濕陷性，增加地基良好的承載力和可靠性，避免濕陷性黃土對(duì)地基上的構(gòu)筑物造成危害。在地基處理工作中，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土地基的特點(diǎn)，在滿足工程建設(shè)要求的前提下，選擇適宜的處理方案，嚴(yán)格控制處理過(guò)程中的注意事項(xiàng)和要求，避免使用不科學(xué)、不合理的處理手段，確保濕陷性黃土地基處理方案的正確性和有效性，為我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)項(xiàng)目工程的開(kāi)發(fā)和建設(shè)提供有力的保障。