關(guān)于濕陷性黃土地基處理方法的探討

王志偉

(呂梁市建筑勘察設(shè)計(jì)院，山西 呂梁 033000)

引言

我國濕陷性黃土土質(zhì)分布區(qū)域很廣，以寧夏、山西、陜西、甘肅大部分地區(qū)與河南省西部為主要分布地帶。在上述內(nèi)容外，我國新疆、遼寧、青海、山東、河北和內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)同樣存在黃土地質(zhì)結(jié)構(gòu)，但不連續(xù)。是工程建設(shè)期間比較常見的一種特殊性巖土。按照建筑工程實(shí)踐對施工中常用地基處理方法要求，在應(yīng)用過程中對現(xiàn)存問題展開簡單論述，對同類型建筑工程地基處理具有關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用。

1 黃土區(qū)域分布概況

黃土為第四世紀(jì)期間形成的一種陸相淡黃色粉砂質(zhì)土狀堆積物。在世界上分布相當(dāng)廣泛，它廣泛分布于北半球中緯度干旱和半干旱地區(qū)，占全球陸地面積的1/10，我國黃土地域范圍較廣，同時厚度較大，居于世界之最，黃土總面積一度達(dá)到了63.5萬km2，是全國土地總面積的6%。單獨(dú)從地理位置進(jìn)行分析，部分黃土層實(shí)際厚度已經(jīng)達(dá)到了50m～200m之間，其中以陜北地區(qū)和隴東位置的局部地區(qū)為最，其中陜北以及隴東的局部地區(qū)黃土厚度高達(dá)150m，同時隴西的部分地區(qū)則超過了200m。從具體角度進(jìn)行分析，這些黃土地質(zhì)大體分布在陜西、山西、寧夏、甘肅以及河南省西部。此外，我國遼寧、青海、新疆、山東、河北以及內(nèi)蒙古地區(qū)的部分區(qū)域同樣存在這種地質(zhì)。其中華北地區(qū)的黃土高原是世界上規(guī)模最大的黃土高原。

2 黃土特性

黃土為最新地質(zhì)時期(即距今200萬年左右的地球第四紀(jì)時期)形成的一種土狀堆積物，以黃色為主，也有褐黃色、灰黃色，其性質(zhì)大多較為疏松、特殊。比較典型的黃土呈現(xiàn)黃灰色或者棕黃色，主要由塵土以及粉沙細(xì)粒共同組成，并且質(zhì)地比較均勻，用手搓之即可成為粉末，其含多量鈣質(zhì)以及黃土結(jié)核，體系中多孔隙，存在顯著的垂直節(jié)理，并且無層理可循，處于干燥狀態(tài)時較堅(jiān)硬，如果被流水浸濕，則會出現(xiàn)剝落或者遭受侵蝕作用，嚴(yán)重的還會引發(fā)生崩塌現(xiàn)象。因此，在黃土地區(qū)開展各種工程建設(shè)時需要保持高度注意，如果對建設(shè)區(qū)域內(nèi)的黃土特性不夠了解，不僅會導(dǎo)致工程建設(shè)出現(xiàn)問題，還造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)破壞。所以，黃土特性早已引起相關(guān)科學(xué)工作者以及專業(yè)工程技術(shù)人員的高度注意，在經(jīng)過很長一段時間的研究后，將黃土主要特性歸納整理為含水量較少、結(jié)構(gòu)疏松孔隙大、層理不明顯、抗水性弱、透水性較強(qiáng)五個方面。

3 工程實(shí)例

我國工程界發(fā)展速度不斷加快，自解放后，對濕陷性黃土有了進(jìn)一步的正確認(rèn)知，分別在1966年、1978年、1990年、2004年、2018年間制定出《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》，簡稱：“66黃土規(guī)范”“78黃土規(guī)范” “04黃土規(guī)范”以及目前正在使用的“18黃土標(biāo)準(zhǔn)”，對部分濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)方案制定及地基處理具有規(guī)范和指導(dǎo)效果。

3.1 灰土擠密樁加鉆孔灌注樁處理濕陷性黃土地基的應(yīng)用

山西省呂梁市柳林縣某煤礦預(yù)計(jì)在山頂上修建一棟50m高的井塔，該井塔長為36，寬度為16m，場地地基土設(shè)有深度為22m的自重濕陷性黃土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的濕陷等級標(biāo)準(zhǔn)為Ⅲ級，做出的濕陷評價結(jié)果為嚴(yán)重，塔體總重量為20 000t，該建筑物場地地基在50m深為粉土層，主體結(jié)構(gòu)采用混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，該工程是井下設(shè)施及設(shè)備的主要運(yùn)送通道，因此對井塔地基處理極為重要。為了處理地基土的濕陷性，同時提高地基的承載力，建設(shè)單位基建處邀請了省、市等勘察設(shè)計(jì)單位的專家完成探討工作，針對該工程的建設(shè)地基處理方案設(shè)計(jì)可行性進(jìn)行深入的研究，經(jīng)過系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn)，在保證安全和降低造價并在提高單樁承載力和消除地基濕陷性基礎(chǔ)上，最后一致認(rèn)為先采用灰土擠密樁對地基的濕陷性進(jìn)行處理，濕陷性處理后采用混凝土鉆孔灌注樁提高單樁承載力，目前該工程已竣工并投入使用已近10年，一直運(yùn)行正常。

3.2 灰土擠密樁和素土擠密樁法處理濕陷性黃土地基的應(yīng)用

灰土擠密樁和素土擠密樁法適用于處理地下水位以上的粉土、黏性土、素填土、濕陷性黃土等地基，可進(jìn)行妥善處理的地基實(shí)際深度在3m～15m之間。當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?4%、飽和度大于65%時，不宜選用灰土擠密樁法或素土擠密樁法。

呂梁市離石區(qū)某工程在勘察時主要地層為第一層：濕陷性黃土層，該層厚為10.5m～11.8m；第二層為粉土層，該層厚為3.6m～4.9m；層底埋深為15.3m～16.2m；第三層為卵石層，最大勘察深度入該層2.1m未穿透該層，勘察期間未見地下水。該工程地基為自重濕陷性黃土，濕陷等級為Ⅲ級，濕陷評價為嚴(yán)重，濕陷深度為10.5m～11.8m，該工程為地下1層地上6層住宅樓，擬建建筑基底壓力為140kPa，為提高地基土承載力，部分消除地基土的濕陷性，經(jīng)勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)單位協(xié)商一致同意采用灰土擠密樁法進(jìn)行地基處理，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離為樁孔直徑的2～2.5倍，樁孔填料可采用2∶8灰土，樁間土經(jīng)成孔擠密后的平均擠密系數(shù)不應(yīng)小于0.9，第二層卵石層可作為樁端持力層。在樁基檢測合格后宜在樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置300mm～500mm厚的2∶8灰土墊層，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95。工程自完工投入使用至今已有八年，經(jīng)沉降觀測和使用情況綜合分析，該工程地基處理效果較好。

4 對濕陷性黃土地基處理方案的設(shè)計(jì)方法分析

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

我國在解放后，關(guān)于濕陷性黃土地基處理方面的實(shí)踐已經(jīng)持續(xù)了幾十年的時間，具體的操作方法很多，在經(jīng)過歸納整理后的基本思路主要為下述兩種設(shè)計(jì)方案。

(1)基本消除或已經(jīng)部分消除工程基礎(chǔ)固有土層結(jié)構(gòu)中的濕陷性。常用方法主要有墊層法、擠密樁、強(qiáng)夯法。當(dāng)自重濕陷性黃土層厚度深厚(厚度大于10m，自重濕陷量的計(jì)算值不小于500mm)時，常用辦法為預(yù)浸水處理法。這種類型的處理辦法需要通過工程施工措施，對目標(biāo)區(qū)域的濕陷土層加以妥善處理，充分改善土壤結(jié)構(gòu)以及基本特性，借此達(dá)成消除濕陷性的效果。缺點(diǎn)為：耗時長，影響工期。優(yōu)點(diǎn)為：施工便利，費(fèi)用低。

(2)保證建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的隔水層有效，保證基礎(chǔ)濕陷性黃土地基不會被浸水，借此達(dá)到防止地基濕陷的效果。比較常見的隔水材料為：灰土、油氈或者各種類型的PVC和PE膜。該方法對基礎(chǔ)承載力提出的強(qiáng)度要求不高，如，供水管床、游泳池、渠道等工程中比較適用。

4.2 分析區(qū)域，采取適宜的措施

由于濕陷性黃土地基具有高含水量和多孔結(jié)構(gòu)，在一定的濕度范圍內(nèi)，其內(nèi)部的水分會隨著水的滲透進(jìn)入到土體中，使土壤的孔隙率降低，從而導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度下降，進(jìn)而影響了穩(wěn)定性，最終造成了濕陷變形。因此在對濕陷性研究過程中，要根據(jù)不同的地區(qū)采取相應(yīng)的處理措施，以保證地基的穩(wěn)定性能。

(1)對于黃土地基來說，如果是有水的地方，就可以采用干式壓實(shí)技術(shù)來進(jìn)行處理，要注意的是，在施工的時候不能破壞地面的基礎(chǔ)設(shè)施，否則會出現(xiàn)滲漏的情況。(2)有地下水的區(qū)域，就要考慮是否需要對其進(jìn)行加工后在進(jìn)行處理，因?yàn)檫@樣的方法不僅成本低，而且效果也比較好所以一般都使用這種方法。(3)當(dāng)在無水源的地方時，要先把水抽干，再將其中的一部分水資源抽出來，然后再利用。

4.3 回彈模量的構(gòu)建

回彈模量是指混凝土在施工過程中，由于外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生的強(qiáng)度變化，其值與工程的實(shí)際情況相吻合，因此需要對其進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理。

在對濕陷性黃土地基處理的時候，要根據(jù)不同的地區(qū)和土壤類型來確定具體的回彈模量，一般是以灰土的厚度為基礎(chǔ)，同時還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件來制定相應(yīng)的回彈模度，從而保證地基的穩(wěn)定性以及抗震性能。對于粉煤灰碎石來說，本身的含水量較低，所以在對粉煤灰碎石處理時，要將粉煤灰的含水率降低，并且要確保水泥的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，這樣才能使其能夠更好的被應(yīng)用到建筑中。但是如果不按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施，就會導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的問題而無法避免事故的發(fā)生。

4.4 濕陷性黃土地基壓實(shí)

對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理時，要先將干粉和含水率分別計(jì)算，然后再將其與干粉的比值加到同一個標(biāo)準(zhǔn)中，這樣可以使其具有相同的含水量，并且在使用過程中，要保證在一定的范圍內(nèi)不會出現(xiàn)裂縫。

對于濕陷性黃土地基處理的具體操作，主要是通過以下兩種方式來實(shí)現(xiàn)的:第一，對施工材料的選擇以及填縫工作。第二，對工程的實(shí)際情況，比如，現(xiàn)場條件等。針對施工環(huán)境的影響，首先需要注意的是，如果是在潮濕的天氣下，那么就會導(dǎo)致土壤的性質(zhì)發(fā)生改變，從而使其變得更加的不穩(wěn)定，所以說，為了避免這種問題的產(chǎn)生而采取的措施就是，當(dāng)遇到了惡劣的氣候狀況，就應(yīng)該采用砂石層或者砂礫層，而不僅是把它作為一種填充的材料來對待。

4.5 基坑施工質(zhì)量控制

為了保證濕陷性黃土地基工程的順利進(jìn)行，需要在施工前，對施工現(xiàn)場的環(huán)境情況以及水文條件等因素充分的了解和掌握，從而制定出合理的施工方案，并在實(shí)施過程中嚴(yán)格的監(jiān)督和管理。

首先，對施工材料的選擇與使用重視。如果所選的建筑材料質(zhì)量達(dá)不到要求，則會影響到后期的建筑工作，所以要根據(jù)實(shí)際的具體需求來確定合適的原材料;其次，對于混凝土的澆筑，要注意澆筑的厚度、振搗的時間、振搗的次數(shù)等，同時還要做好相應(yīng)的保護(hù)措施，避免出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象;最后，對施工人員的操作能力與技術(shù)水平的提高也十分重要，因?yàn)樗麄兊膶I(yè)素質(zhì)直接關(guān)系著整個項(xiàng)目的進(jìn)度問題，因此必須加強(qiáng)相關(guān)的培訓(xùn)教育，不斷提升施工人員的技能素養(yǎng)，使其能夠更好的完成項(xiàng)目的建設(shè)。(1)干粉量:在濕陷性黃土地基處理過程中，干粉量是影響其穩(wěn)定性的重要因素，在不同的工程條件下，對濕陷性黃土的干粉含量的要求也是不盡相同的。(2)黏聚力:黏聚力的大小會直接決定著施工的難易程度，所以要選擇合適的粘結(jié)劑，一般情況下，黏聚力大的材料可以使其具有較高的抗壓強(qiáng)度，但也不能過大，否則會使其變形能力降低，并且還會導(dǎo)致軟化點(diǎn)的產(chǎn)生。(3)初始含水量:含水率的高低和水分的多少都有關(guān)系，如果含水率過低，則會造成吸脹性能的下降和抗?jié)B的喪失等問題，因此要根據(jù)實(shí)際的環(huán)境來確定最佳的含水率，同時還要考慮到當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度以及土壤的鹽度等，從而保證最終的效果。(4)混凝土的齡期:對于建筑的結(jié)構(gòu)來說，隨著時間的推移，裂縫的出現(xiàn)將會變得更加嚴(yán)重，而當(dāng)裂縫的寬度達(dá)到一定的范圍時，就需要使用水泥砂漿來修補(bǔ)，但這種方法會造成混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，因此要在施工之前進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，以保證其質(zhì)量。(5)濕陷性:黃土地基是由水泥、砂等材料組成的復(fù)合地基體。不同土質(zhì)條件下可表現(xiàn)出不一樣強(qiáng)度和性質(zhì)。

4.6 黃土地基沉降的評估

對黃土地基進(jìn)行沉降的評估工作主要是為了確定是否能夠滿足工程的要求以及能否達(dá)到預(yù)期的效果和質(zhì)量。

在對其進(jìn)行評估的過程中，需要注意的是，要將實(shí)際的情況考慮在內(nèi)，不能僅僅只注重表面的形式而忽略了它的內(nèi)在價值。在對其進(jìn)行評估的時候要將理論與實(shí)踐相結(jié)合，這樣才能保證所得到的結(jié)果更加的準(zhǔn)確可靠。對于黃土的性質(zhì)來說，它是由水的含量、含水量和土壤的物理特性共同決定的；而水分的流失則會導(dǎo)致水的滲出，從而造成的損失就是水的滲出。所以說，在對其進(jìn)行評價的時候應(yīng)該將這三個因素綜合起來，然后再做出相應(yīng)的處理方法。含水量的測定:由于濕陷性的地面會出現(xiàn)一定的下沉現(xiàn)象，因此可以通過測量含水率來判斷地表的干陷程度。

4.7 濕陷性黃土地基的綜合治理

由于黃土地基本身的性質(zhì)以及自身的復(fù)雜性，使得其在處理濕陷性黃土?xí)r，需要采取不同的措施來進(jìn)行處理，以達(dá)到最大程度的減少對環(huán)境的破壞作用。

(1)對于濕陷性的黃土地基，首先要選擇合適的材料來提高它的抗壓能力，因?yàn)槿绻褂昧瞬贿m合的材料就會導(dǎo)致水的滲透率變小，進(jìn)而影響到周圍的建筑物或者是人們的生活質(zhì)量。因此在選用建筑材料的時候，一定要嚴(yán)格把關(guān)，保證它的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)裂縫等情況。

(2)在對建筑的設(shè)計(jì)過程中，要考慮到當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，比如，溫度、濕度，這樣可以使工程的造價得到降低，同時也能有效的防止水的滲漏，從而使建筑工程的整體性能得以提升。

(3)在施工的過程中，為了確保能夠滿足建設(shè)的要求和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，必須加強(qiáng)對后期的維護(hù)工作，尤其是一些大型的項(xiàng)目會產(chǎn)生大量的工程廢渣，所以應(yīng)該做好相應(yīng)的保護(hù)措施，以免造成不必要的浪費(fèi)與損失。

5 結(jié) 語

綜上所述，實(shí)際應(yīng)用過程中需要針對地質(zhì)條件、地基土質(zhì)特性和地基結(jié)構(gòu)的區(qū)別完成處理方案的選擇工作，以此保證經(jīng)過處理后的工程地基具備足夠強(qiáng)度的承載力，能夠滿足建筑變形條件的建設(shè)要求。但是，無論選擇哪種方式，均需要保持足夠嚴(yán)密的質(zhì)量控制，才能夠獲得更為優(yōu)質(zhì)的建設(shè)效果。