濕陷性黃土地基處理方法研究

趙旭東

（甘肅海威公路勘察設(shè)計有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

濕陷性黃土是一種比較常見的工程地質(zhì)條件，黃土在遇水浸濕后，會出現(xiàn)增濕軟化的情況，對于整體強(qiáng)度會造成一定的影響。一旦出現(xiàn)附加壓力，或者是土的自重壓力作用，就會濕陷變形，不僅下沉量巨大，而且下沉速度極快。在黃土結(jié)構(gòu)當(dāng)中，粗粉粒和砂粒起著至關(guān)重要的支撐作用，然而在濕陷性黃土當(dāng)中砂粒的含量非常少。天然狀態(tài)下，砂粒和粗粉粒在膠結(jié)物的作用下，會使?jié)裣菪渣S土保持一個較高的強(qiáng)度，但是在遇到水之后，膠結(jié)物會軟化，黃土的強(qiáng)度便會顯著下降，最終造成濕陷。

濕陷性黃土本身具備濕陷的性質(zhì)，如果在沒有任何處理措施的地基上直接開始工程建設(shè)，就會導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)不均勻沉降，產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。因此在工程施工開始之前，需要通過相應(yīng)的措施優(yōu)化改善濕陷性黃土的性狀，提升黃土的穩(wěn)定性，避免其發(fā)生濕陷的情況，全面消除黃土濕陷的情況，對于工程建筑來說具有非常重大的安全意義。

1 濕陷性黃土的主要特征

濕陷性黃土在顏色上主要呈現(xiàn)為黃褐、灰黃、棕黃、褐黃色，土壤當(dāng)中的含鹽量比較大，碳酸鹽的含量尤其突出。土壤當(dāng)中的粉土顆粒含量較大，大孔性明顯，整體呈現(xiàn)一種松散的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，無層理，天然的剖面則表現(xiàn)為垂直節(jié)理，遇到水就會產(chǎn)生濕陷的現(xiàn)象。在分布上，濕陷性黃土主要集中在我國的西北、華中以及華東地區(qū)，東北地區(qū)也有少量存在。

據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，我國濕陷性黃土的容重為1.2～1.9g/cm3，天然含水量為7%～23%，孔隙比為0.78～1.50，液限為21.7%～32.5%，塑性指數(shù)為6.7～13.1。

2 黃土濕陷的主要影響因素

導(dǎo)致黃土濕陷的影響因素較多，主要的影響因素有黃土的形成時代、密度、粘粒（土壤粒徑小于0.002mm或2μm 之土粒者）含量、孔隙性、形成過程以及含水量等等。

（1）形成時代：一般來說，從黃土地層的整體剖面來看，地表由上到下，第一層是中等濕陷層，第二層是輕微濕陷層，第三層及以下的黃土沒有濕陷層，三層的分布不均勻。

（2）密度：黃土的密度相對較小，密度越大的話，土壤的密實性就越強(qiáng)，孔隙減小，黃土的濕陷性也就隨之變?nèi)酢?/p>

（3）粘粒含量：黃土中的粘粒含量越小，代表黃土的濕陷性越強(qiáng)，與此相反，濕陷性弱的黃土當(dāng)中粘粒含量是比較多的。

（4）孔隙性：黃土的孔隙性包含開孔隙和閉孔隙，其對于濕陷性的影響，是工程建設(shè)相關(guān)人員重點關(guān)注的問題。黃土的孔隙性越大，濕陷性就增強(qiáng)，土壤的穩(wěn)定性也會相應(yīng)下降。

（5）形成過程：在黃土的形成過程中，時間的長短，摻水的次數(shù)等都關(guān)系到黃土濕陷性的強(qiáng)弱，影響黃土的穩(wěn)定性。在處理濕陷性黃土?xí)r，只有明確黃土形成的具體過程，才能夠做到有的放矢。

（6）含水量：正常黃土的含水量是比較少的，平均的含水量在10%到30%之間。處于飽和狀態(tài)的黃土一般都不具備濕陷性，在持續(xù)性的外力作用下，黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不會產(chǎn)生明顯的變化，但是隨著黃土含水量的增加，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會發(fā)生變化，會產(chǎn)生濕陷性。

（7）壓力作用：黃土上方所施加的壓力增加，黃土的濕陷性也會越來越大，但是在超出濕陷值界定之后；施加的壓力越大，黃土的濕陷性會隨之減小。

在濕陷性黃土上開展工程建設(shè)時，相關(guān)人員必須充分考量黃土濕陷性對地基造成的不穩(wěn)定影響，地基一旦發(fā)生濕陷，就會產(chǎn)生附加沉降應(yīng)力，會對地基的穩(wěn)定性造成極大的破壞，這對工程建設(shè)的安全性會產(chǎn)生極大的威脅。所以針對于濕陷性黃土地區(qū)，地基處理是非常必要且關(guān)鍵的。

3 濕陷性黃土地基的具體處理方法

我國濕陷性黃土地區(qū)比較多，不同地區(qū)的黃土在性狀上有著一定程度的不同。為了消除濕陷性對工程建筑產(chǎn)生的安全性影響，在對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理時，需要全面細(xì)致地考量多種因素，必須根據(jù)實際情況采取最適宜的處理方式。在此，對墊層處理法、強(qiáng)夯處理法、擠密樁處理法、浸水處理法、化學(xué)處理法和加固路基法等濕陷性黃土地基處理方法進(jìn)行介紹。

3.1 墊層處理法

墊層處理法是將地基下方的濕陷性黃土挖出來，按照工程實際需要和黃土性狀選擇部分挖出或全部挖出，之后使用三七灰土墊層，或者是不具備濕陷性的土層。一般來說，針對甲類建筑，需要對地基下的濕陷性土層進(jìn)行全部處理；針對乙類建筑，則需要清除地基下方2/3的濕陷性黃土；針對丙類建筑，要保證處理的濕陷性黃土厚度不小于2.5m。使用墊層處理法時，要重點保證工程建筑的穩(wěn)定性，避免地基出現(xiàn)變形的情況，沉降穩(wěn)定。在保證處理方案科學(xué)合理的情況下，處理1m～3m的濕陷性黃土，對整片的土墊層也要進(jìn)行相應(yīng)的處理。

在使用墊層處理法處理濕陷性黃土?xí)r，施工人員要對墊層的含水量進(jìn)行全面地控制，保證含水量達(dá)到一個最佳標(biāo)準(zhǔn)。即使含水量小一些，也絕對不能超標(biāo)。一旦含水量過大，土體的強(qiáng)度會出現(xiàn)明顯的下降，進(jìn)而出現(xiàn)變形的情況。如果地基土當(dāng)中本身含水量過大，可以通過翻曬的方式進(jìn)行處理。墊層施工的范圍需要全面保證規(guī)范性，一般都是在地基范圍之外1m 的位置開展施工工作。在碾壓過程中一定要保證碾壓充分，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，碾壓分層的厚度在30cm以下。同時，對壓實度要進(jìn)行實時檢測，并進(jìn)行記錄，保證施工質(zhì)量符合相關(guān)要求。

3.2 強(qiáng)夯處理法

黃土地基飽和度在60%以下，使用強(qiáng)夯法進(jìn)行濕陷性黃土地基處理是最合理的。強(qiáng)夯法也叫重錘夯實法，在處理時將重錘上升到既定的高度，然后自由落下，對濕陷性黃土的地基進(jìn)行敲打夯實。一般來說，通過強(qiáng)夯法可以處理的濕陷性土層厚度在1.5m，錘子的重量在2.5～3t為最佳，夯點的距離在4.0～4.5m為最佳。針對一個夯點，落錘的次數(shù)在2～3次為最佳。實踐證明，利用強(qiáng)夯法可以全面改善濕陷性黃土地基的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，提升黃土的干密度，承載能力也有著非常明顯的提升，土壤的壓縮性降低，從根源上解決黃土的濕陷性，避免黃土出現(xiàn)透水情況。

使用強(qiáng)夯處理法進(jìn)行地基處理時，相關(guān)工作人員需要按照黃土含水量的不同和濕陷等級的不同，進(jìn)行綜合考量。在不同的場地當(dāng)中，夯擊所產(chǎn)生的能量、次數(shù)以及深度都有所差別，不同土質(zhì)之間的孔隙比和土壤含水量對于黃土加固的具體深度也有著差異化的影響。因此工作人員在試夯之后，取得具體的參數(shù)，對施工方案進(jìn)行科學(xué)劃分之后再進(jìn)行施工。使用強(qiáng)夯處理法可以顯著改善夯擊范圍內(nèi)的土體含水量，但是也容易導(dǎo)致局部夯擊的效果不佳。鑒于這種情況，相關(guān)施工人員要對土體的含水量進(jìn)行一定的控制，通過加水或減水的方式進(jìn)行處理，這樣能夠有效防止施工過程中出現(xiàn)彈簧土的狀況。如果地基黃土的含水量比較高的話，壓實度達(dá)不到既定的要求，相關(guān)施工人員就需要暫時停止施工，然后將地基的黃土翻開進(jìn)行晾曬，在晾曬一定時間之后再在夯擊的位置上添加一部分粗骨料，之后再繼續(xù)進(jìn)行夯擊。強(qiáng)夯處理完成之后，施工人員需要對其進(jìn)行綜合評估，判斷其加固的深度是否能夠達(dá)到工程建設(shè)的具體要求。有效加固深度的主要判定方法是觀察加固深度是否可以全面解決濕陷性的問題；質(zhì)量檢驗的方式主要采用的是探井取土的方式，在不攪動試樣的情況下可以達(dá)到既定的施工要求，就代表著土體的承載能力是符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的。

3.3 擠密樁處理法

擠密樁處理法消除黃土濕陷性的具體原理，是讓樁基礎(chǔ)和濕陷性黃土共同作用，從而提升地基的承載力。擠密樁處理可以將地基的上部荷載轉(zhuǎn)移到濕陷的黃土層之下，這樣一來就能夠徹底避免地基承載能力下降的問題。在具體施工上，擠密樁需要利用鉆孔或開挖的方式，將一定體積的土體挖出來，并在孔中灌注混凝土或灰土等加固型的材料，在化學(xué)反應(yīng)的作用下形成堅固的樁體。這種方式并不會對樁體周圍的土體性質(zhì)進(jìn)行改變。在濕陷性黃土當(dāng)中的樁基礎(chǔ)遇到水之后，樁和黃土之間的摩擦力會減弱，所以在黃土當(dāng)中不能使用摩擦型的樁基礎(chǔ)，而是要采用端承型的樁基礎(chǔ)，進(jìn)而達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度要求。擠密樁除了要滿足必要的強(qiáng)度之外，樁底部的受力層還要保證是壓縮性比較低的非濕陷性土層或者巖層。如果地基是自重濕陷性的黃土，在施工過程中則要保證持力層滿足具體的承載要求。

使用擠密樁處理法需要注意的是，施工開始之前一定要精確把握各個參數(shù)，使其全面滿足設(shè)計值。若樁端的承載層是硬土的話，或者樁的長度在臨界值之上，那么就需要設(shè)置一個褥墊層，或者通過其他的有效方式來提升樁基的承載力。如果在施工過程中需要提升樁強(qiáng)度，還要適當(dāng)增加水泥的使用量，這樣可以在很大程度上提升樁的承載力。在施工過程中，相關(guān)施工人員可以結(jié)合實際情況，對樁體進(jìn)行復(fù)攪施工，也就是選取樁體的一部分進(jìn)行重新攪拌，這樣可以有效地提升樁體的均勻性，提升樁體的整體承載能力。施工過程中所使用的機(jī)械可以采取帶有自動控制功能的噴粉或噴漿的設(shè)備，避免人為因素對施工質(zhì)量產(chǎn)生干擾。強(qiáng)化樁體的質(zhì)量，防止氣體流入導(dǎo)致樁體的質(zhì)量產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象。最后需要注意的是，擠密樁的質(zhì)量控制是整體施工當(dāng)中比較難的一個點，所以說施工過程中的質(zhì)量管理一定要保證精細(xì)化，使用低應(yīng)變等方式全面檢測樁體的質(zhì)量，對成樁的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格地把控。

3.4 浸水處理法

浸水處理法也叫預(yù)浸水法，處理方式為：在施工工作開始之前，在場地當(dāng)中挖一定規(guī)格的坑，進(jìn)行大面積的浸水，這樣土體會發(fā)生自重濕陷，通過這種方式來化解黃土的濕陷性，這種處理方式要保證供水充足，處理的周期相對較長，但處理成本低，在特定的場合中有著不錯的應(yīng)用價值。預(yù)浸水法使用要符合相關(guān)要求，首先浸水坑的邊緣和工程建筑物之間的距離要保持在50m以上，如果空間距離不夠的話就需要使用其他更適合的方法。此外，浸水水坑的邊長應(yīng)當(dāng)大于具備濕陷性土層的厚度，如果浸水坑的浸水面積比較大，施工人員也可以采取分段浸水的方式，浸水坑當(dāng)中水頭的高度在300mm 以上為最佳，如需連續(xù)浸水，則要以濕陷的變形量值為標(biāo)準(zhǔn)。在地基預(yù)浸水之后，還需要仔細(xì)觀察，對黃土的濕陷性進(jìn)行更加全面的評定。

3.5 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法也是近年來比較常用的濕陷性黃土地基處理方法之一。目前比較常用的化學(xué)處理方法有硅化加固法和堿液加固法兩種。

硅化加固法是將濃度較低、粘滯度較小的硅酸鈉溶液注入到黃土當(dāng)中，黃土當(dāng)中的孔隙會與其產(chǎn)生互相凝結(jié)的作用，并和黃土當(dāng)中的可溶性與交換性堿土金屬陽離子產(chǎn)生明顯的置換反應(yīng)，黃土的顆粒表面就會產(chǎn)生金屬氫氧化物，從而對濕陷性黃土進(jìn)行有效地加固。采用硅化加固法施工，首先需要成孔打入注漿管，并通過水進(jìn)行稀釋，向地基進(jìn)行注漿處理，等到砂土硅化加固之后，再選取試塊進(jìn)行無側(cè)限的抗壓實驗，取值需要高于設(shè)計強(qiáng)度的90%，變形指標(biāo)也要符合具體的設(shè)計要求。

堿液加固法所應(yīng)用的設(shè)備和工藝都比較簡單，施工人員可以使用鋼管或者洛陽鏟下到設(shè)計的加固深度當(dāng)中，之后再插入一個孔徑在5cm～7cm的注漿管，孔中加入粒徑在2cm～4cm范圍內(nèi)的小石子，將其填到注漿管下方標(biāo)高的位置。堿液加固處理全部完成之后，需要在施工結(jié)束28 天之后進(jìn)行驗收，驗收方式為開挖和鉆孔取樣，對加固的土體完成無側(cè)限的抗壓強(qiáng)度測試，或者進(jìn)行水穩(wěn)性測試，確保質(zhì)量沒有問題之后再開展下一步的施工。

3.6 加固路基法

加固路基法主要是針對于公路工程建設(shè)的主要方法，施工人員可以在濕陷性黃土路基當(dāng)中埋設(shè)一些強(qiáng)度較大，同時具備一定韌性的拉筋，還可以添加一些土工聚合物，這樣就能夠有效提升路基自身的強(qiáng)度，避免地基出出現(xiàn)變形、沉降的情況。針對一些強(qiáng)度較低的巖體、路堤以及路塹，加固路基法都是比較適用的，當(dāng)前在工程建設(shè)當(dāng)中比較常見的方法有加筋土路基法、柴木梢排和土釘法等等。

加筋路基法對一些沉降量比較小的路堤來說是比較實用的，通過適當(dāng)?shù)奶钔?，并使用土工布進(jìn)行墊隔，可以有效避免路基向側(cè)方位移動的情況發(fā)生，使水平應(yīng)力得到全面降低，提升路基的穩(wěn)定性與剛度，進(jìn)而使荷載的分布保持一個比較均勻的狀態(tài)。柴木梢排法是通過扎排的柴木梢，均勻地鋪設(shè)在路基的底部，從而提升路基的整體承載能力，保持足夠的穩(wěn)定性。這種方式適合于交通承載力比較小的公路當(dāng)中，在一些高等級的公路中則不太適用。

4 結(jié)束語

濕陷性黃土在我國多個地區(qū)都存在，分布非常廣泛。不同的加固處理方法，對濕陷性黃土的處理質(zhì)量有著不同的結(jié)果。從本文的研究分析來看，在工程建設(shè)開始之前，我們需要對濕陷性黃土的具體情況進(jìn)行了解，判斷濕陷的類型是自重濕陷性還是非自重濕陷性，同時對濕陷的嚴(yán)重程度進(jìn)行一個基本的判斷，之后再采取對應(yīng)的措施進(jìn)行濕陷性的處理。在施工過程中，施工人員要盡量控制對地基的擾動，時刻關(guān)注防水情況，同時要對施工質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)化、實時化的監(jiān)測，避免建筑工程基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降和濕陷性變形。通過各種措施的合理運(yùn)用，可以將危險因素降到最低，保證工程建筑的安全性和質(zhì)量，使建筑工程獲得良好的建設(shè)效果。