西北干旱地區(qū)大厚度濕陷性黃土地基處理方案探討

張忠雄，梁 誼，何建東，安 毅

(1.寧夏強(qiáng)夯機(jī)械工程有限公司，寧夏 銀川 750000；2.中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；3.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；4.西安建筑科大工程技術(shù)有限公司，陜西 西安 710000)

1 概述

西北地區(qū)近年來(lái)開(kāi)展了大量工業(yè)建筑場(chǎng)平等高填方工程，涉及到大面積、大厚度、低含水率的濕陷性黃土地基處理。濕陷性黃土廣泛分布于西北地區(qū)，在一定壓力下受水浸濕，土體結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉[1]，特別是低含水率、大厚度濕陷性黃土，濕陷性強(qiáng)烈，對(duì)工程的危害更大。在濕陷性黃土場(chǎng)地上工程項(xiàng)目，如何消除黃土濕陷性，提高地基承載力，是工程關(guān)注的焦點(diǎn)，合理地選用地基處理方案至關(guān)重要。

濕陷性黃土地基處理應(yīng)綜合考慮場(chǎng)地濕陷類(lèi)型、地基濕陷等級(jí)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式以及當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)和施工條件等因素[2]。本文以蘭州新區(qū)某化工園區(qū)Ⅳ級(jí)（很?chē)?yán)重）自重濕陷性黃土地基工程為背景，分析對(duì)比了墊層法、強(qiáng)夯法、擠密樁法和樁基礎(chǔ)等幾種常用濕陷性黃土地基處理方法的可行性、處理效果及經(jīng)濟(jì)合理性，給出適用于本場(chǎng)地的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。同時(shí)針對(duì)場(chǎng)地周邊回填土處理問(wèn)題，提出了幾點(diǎn)處理措施建議。相關(guān)成果可為后期工程建設(shè)節(jié)省投資，同時(shí)也為濕陷類(lèi)似工程地基處理提供借鑒。

2 工程概況及地質(zhì)條件

本工程位于蘭州新區(qū)永登縣精細(xì)化工園區(qū)，棲云山路(經(jīng)三十六路)東側(cè)，緯五十五路(黨河街)北側(cè)。本工程原始地貌單元屬山前沖積扇前緣，地形起伏較小，地形北高南低?，F(xiàn)狀場(chǎng)地已人工平整，地勢(shì)平坦，場(chǎng)地及周邊未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，較穩(wěn)定。根據(jù)本工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地地下水埋藏較深。勘探點(diǎn)控制范圍內(nèi)擬建場(chǎng)地綜合評(píng)定為Ⅳ級(jí)（很?chē)?yán)重）自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷下限深度為20.0m?？辈焐疃确秶鷥?nèi)各土層分布及相應(yīng)物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)

3 地基處理方案初步比選

根據(jù)規(guī)范[2]《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》GB50025-2018，大厚度濕陷性黃土地基上的甲類(lèi)建筑基礎(chǔ)底面以下具自重濕陷性的黃土層應(yīng)全部處理，且應(yīng)將附加壓力與上覆土飽和自重壓力之和大于濕陷起始?jí)毫Φ姆亲灾貪裣菪渣S土層一并處理；乙類(lèi)、丙類(lèi)建筑應(yīng)采取地基處理措施消除地基的部分濕陷量。當(dāng)基礎(chǔ)下濕陷性黃土層厚度較薄，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí)，也可消除地基的全部濕陷量或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性土層或巖層上，或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層。

目前，我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)最常用的地基處理方法包括墊層法、強(qiáng)夯法、擠密樁法和樁基礎(chǔ)等[3]。

3.1 墊層法

墊層法[4]是將濕陷性土挖至一定深度，回填抗剪強(qiáng)度較高、壓縮性較小的巖土材料，如砂、石渣等，并分別夯實(shí)，形成雙層地基。墊層能有效擴(kuò)散基底壓力，可提高地基承載力，減少沉降。該方法適用于地下水位以上的淺層濕陷性黃土，局部或整片處理淺層地基處理，一般處理厚度為1～3m。本工程濕陷土層下限深度介于13.4～20m，為Ⅳ級(jí)（很?chē)?yán)重）自重濕陷性場(chǎng)地。在不考慮承載力是否滿足情況下，如采用墊層處理，換填厚度普遍需在3m 以上，且換填過(guò)程中需要開(kāi)挖回填土方，施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，故不適合采用。

3.2 擠密樁法

灰土擠密樁[5]適用于處理地下水以上的濕陷性黃土地基，它是利用沉管、沖擊或爆擴(kuò)等方法，在土中成孔擠密，然后在孔中分層填入灰土并夯實(shí)。在成孔和夯實(shí)過(guò)程中，原處于樁孔部位的土全部擠入周?chē)翆又?，使距樁周一定距離內(nèi)的天然土得到擠密，從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力?；彝翗妒且环N柔性樁，灰土擠密樁地基上部荷載由樁和樁間土共同承擔(dān)，擠密后的地基為復(fù)合地基，類(lèi)似墊層一樣共同作用，上部荷載通過(guò)其往下傳遞時(shí)應(yīng)力要擴(kuò)散，而且比天然地基擴(kuò)散得更快，在加固深度以下，附加應(yīng)力將大大減少?？商幚淼臐裣菪渣S土的厚度為5～20m。當(dāng)擠密前土的含水量大于24%、飽和度大于65%或含水量很不均勻時(shí)，不宜采用該法。

本工程濕陷土層最大厚度為20m。場(chǎng)地內(nèi)甲類(lèi)建筑濕陷性需全部消除，局部最大處理深度大于20m，其余類(lèi)別建筑采用擠密樁處理，處理深度介于8～15m。因此，本工程可以考慮采用擠密樁處理。但應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，取得需要的設(shè)計(jì)參數(shù)后，再進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)和施工。

3.3 增濕聯(lián)合高能級(jí)強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法[6]是利用重力機(jī)械將重錘起吊一定高度后，突然釋放，重錘從高處自由下落對(duì)地基產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊能，在地基土中產(chǎn)生巨大的應(yīng)力波來(lái)破壞土體原有的大孔隙結(jié)構(gòu)，隨后土體重新固結(jié)，承載力提高。同時(shí)，強(qiáng)夯還提高了土層的均勻程度，減少地基的差異沉降。強(qiáng)夯法不僅能提高地基土的強(qiáng)度、降低其壓縮性，還能改善地基土的抗振動(dòng)液化能力，消除土的濕陷性，所以該方法還常用于處理可液化砂土地基和濕陷性黃土地基等。采用強(qiáng)夯法處理地基時(shí)，為達(dá)到最佳強(qiáng)夯加密效果，地基土的含水率需處于最優(yōu)含水率附近，但西北地區(qū)因降水少，黃土含水率低，直接強(qiáng)夯處理效果不佳，加固影響深度較小。根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程資料[7]，先對(duì)場(chǎng)地增濕至適宜含水率，再進(jìn)行高能級(jí)強(qiáng)夯的過(guò)程已有相關(guān)的研究報(bào)導(dǎo)。

本工程濕陷性黃土最厚為13.4～20m，且地基土天然含水率介于7.4%～9.0%。不宜直接強(qiáng)夯，需增濕處理后采用高能級(jí)強(qiáng)夯處理。但應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，取得需要的設(shè)計(jì)參數(shù)后，再進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)和施工。

3.4 樁基礎(chǔ)

本工程濕陷土層下限深度介于13.4～20m，為Ⅳ級(jí)（很?chē)?yán)重）自重濕陷性場(chǎng)地。若采用樁基礎(chǔ)方案，另需考慮負(fù)摩阻力對(duì)樁基承載力的影響。若直接采用樁基礎(chǔ)，建議樁型為端承摩擦樁，以⑤層泥巖（中風(fēng)化）為樁端持力層，樁端進(jìn)入⑤層泥巖（中風(fēng)化）的深度不應(yīng)小于一倍的樁徑，遇軟弱夾層需穿透，該方案施工周期較短，工程安全系數(shù)高，但工程造價(jià)顯著增大，施工難度相對(duì)較大。因此，考慮建設(shè)投資的經(jīng)濟(jì)性，不建議采用樁基方案。

3.5 場(chǎng)區(qū)周邊回填土處理

擬建場(chǎng)地屬于典型“挖填造地”工程，分布場(chǎng)地四周，最大填方厚度約為10m。根據(jù)場(chǎng)地勘察報(bào)告，場(chǎng)地填土屬于直接推填形成，未經(jīng)碾壓處理，工程性質(zhì)較差。因此，考慮到場(chǎng)地后期綠化帶及道路等附屬設(shè)施不發(fā)生均勻沉降，造成室外散水或路面開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題。綜合考率填土厚度、加固質(zhì)量、工期和造價(jià)等因素，建議場(chǎng)地周邊回填土采用直接強(qiáng)夯處理，強(qiáng)夯處理有效加固深度至少為6m。采用強(qiáng)夯加固施工前，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，取得需要的設(shè)計(jì)參數(shù)后，再進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)和施工。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)本工程場(chǎng)地土的地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)，本場(chǎng)地初步可采用擠密樁或增濕聯(lián)合高能級(jí)強(qiáng)夯方案。無(wú)論采用何種地基處理方案，施工前均應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)工作，以確定處理效果和施工參數(shù)。施工完成后，應(yīng)根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）和有關(guān)規(guī)定，對(duì)地基處理效果（地基強(qiáng)度、濕陷性消除情況）、施工質(zhì)量、地基承載力等進(jìn)行檢測(cè)。

本工程后續(xù)若開(kāi)展增濕聯(lián)合高能級(jí)強(qiáng)夯試夯工作，建議：①增濕施工結(jié)束后3周進(jìn)行強(qiáng)夯，使土體中水分有充足時(shí)間消散；②采用錘擊鋼管擠土成孔，擠土效應(yīng)使孔壁趨于密實(shí)，不利于水的擴(kuò)散。建議采用麻花轉(zhuǎn)成孔方式，盡量保證不對(duì)孔壁擾動(dòng)，便于水分滲透，增強(qiáng)增濕效果。③增濕孔填充材料可采用級(jí)配良好的碎石含砂并控制含泥量不能過(guò)大，應(yīng)可增強(qiáng)增濕效果。