湿陷性黄土地区强夯法的选择应用

刘建军

(恒大地产集团太原有限公司，山西太原 030002)

黄土在我国分布主要位于北纬33°～47°之间的北方内陆地区，占全球黄土总分布面积的4．9%，在这些地区，一般气候干燥，降雨量少，蒸发量大，属于干旱，半干旱气候类型。我国的湿陷性黄土占黄土总分布面积的60%，主要分布在陇西地区，陇东—陕北—晋西地区，关中地区，山西—冀北地区，河南地区，冀鲁地区，边缘地区等七个地区。湿陷性黄土厚度从几米至十几米，甚至20 m不等，湿陷量也各不相同。

1 工程概况

本工程位于山西省太原市东山片区，整个场地东高西低，呈阶梯状，多为土坎，落差不大，南北向为回填杂填土。项目由10栋11层住宅楼、62栋联排别墅、1栋2层商业、1栋12层公寓及1栋会所组成，建筑物地下为1层停车库，基础底相对标高-4．2 m。

2 水文地质资料

本次地勘未发现地下水，地勘报告显示，该区为3级自重湿陷性黄土地区。湿陷性黄土厚度平均12．5 m。

地质资料情况:①1黄土状粉土，平均厚度8．73 m;①2粉质粘土，平均厚度3．78 m;②1粉土，平均厚度8．52 m;②2粉质粘土，平均厚度3．36 m;③1粉质粘土，平均厚度11．89 m;③2中粗砂，平均厚度2．80 m;③3粉土，平均厚度5．17 m;④砂岩，平均厚度4．69 m。

3 湿陷性黄土的作用机理

黄土湿陷的原因很多，可归纳为内因与外因两方面。内因主要是由于土本身的物质成分(指颗粒组成、矿物成分和化学成分)和其结构，外因是水和压力的作用，压力包括建筑物及土体的自重。

经过科研人员对我国一些主要湿陷性黄土地区黄土的颗粒分析，发现湿陷性黄土的颗粒组成以粉粒(0．05 mm～0．005 mm)为主，占到60%以上(见表1)。化学成分主要是二氧化硅、钙镁氧化物和碳酸盐，后两者均属胶结物质。湿陷性黄土内部结构组成疏松，具架空孔隙、大孔隙、粒间孔隙等特点。

黄土是在干旱或半干旱气候条件下形成的。风成黄土在沉积过程中，表层受大气降水的影响。在干燥少雨的条件下，大气降水浸湿带的厚度(见图1，a—a线)小于蒸发带影响的厚度(见图1，b—b线)，a—a线以上的土层在降水期含水量高，处于最优压密条件，由于自重小，不能得到有效压密，随着黄土的继续堆积，a—a线提高，在新的a—a线与b—b线间，由于水分减少，盐类析出，胶体凝结，产生加固内聚力，即使上部覆土层加厚，压力增大，仍不足以克服加固内聚力，成为欠压密状态，一旦受水浸湿，加固内聚力消失，便产生湿陷。再加上水体进入黄土中后，将黄土的细颗粒表面包裹的具有一定凝结强度的水膜以楔入作用破坏，从而引起湿陷。

表1 湿陷性黄土的颗粒组成 mm

图1 在干燥气候条件下黄土堆积过程示意图

4 湿陷性黄土的危害

黄土的湿陷性指黄土浸水后在外荷载或自重作用下发生下沉变形的现象。在自重压力下就产生湿陷的黄土称自重湿陷性黄土。在自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷的黄土称非自重湿陷性黄土。湿陷性黄土受到浸水引起的变形是随机的，任何时间任何地段都可能发生，而且变形的速率很大，并且不均匀，易造成地面塌陷，山体滑坡等事故，从而导致建筑物裂缝甚至产生倾斜等工程事故。

另外，湿陷性黄土由于自身固有的大孔隙、架空间隙等特点，水在土体内的流动性好，蓄水能力较差，极易造成周边外围环境的地下孔洞，引起第三方事故的发生。

因此，在岩土工程勘察过程中，应对黄土的湿陷性及地基湿陷等级作出正确评价，并建议选择合理的地基处理方案和加强施工中应注意的问题，以减少工程隐患。

5 消除湿陷性的方法

消除黄土湿陷性，也就是湿陷性黄土地基的处理，处理方法很多，主要有垫层法，强夯法，挤密法，预浸水法，或使用桩基础，桩体直接穿透湿陷性黄土层等等。

垫层法主要包括土垫层和灰土垫层。是将基底下拟处理的湿陷性黄土挖出，并利用基坑内的黄土或就地挖出的其他粘性土作填料，或拌合灰土作填料，分层回填夯实。垫层法处理湿陷性黄土地基一般不适用于湿陷性黄土很深的地区，因为采用此方法挖填方量过大，但此法消除湿陷性效果较好。

挤密法是选用沉管、冲击、爆扩等办法，间隔分批进行成孔后，分层回填素土、灰土、水泥土等，分层夯实。挤密法处理湿陷性黄土地基深度较深，但受地下水位及土体成分等影响成孔质量的因素的限制。

预浸水法是修建建筑物前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重压力作用下发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性。此法适用于施工场地较大，离周边已有建筑物较远，处理湿陷性黄土厚度较大的地基处理中。但此法用水量较大，且工期较长。

强夯法是在基坑内基础底面标高以下待夯实的天然土层上进行的重锤高落强力夯实的压实方法，它与土垫层相近，但是此土垫层不需回填。由于它振动和噪声都比较大，所以此法适用于距离市区较远，施工场地周围不宜有砌体和混凝土等结构的施工，易造成结构振动开裂，但是它具有施工简单，效率高，工期短等特点。

其他的地基处理方法还有热加固法、地下爆破法、电火花加固等等。但都是破坏土体内部结构，使土体湿陷性得到消除。成本都比较高，在我国使用不太广泛。

本工程考虑到项目所在地段正处于建设阶段，距离居民住房较远等周边环境，需消除湿陷土层厚度在夯击影响范围内，且不必考虑噪声和振动的影响，采用强夯法进行地基土的加固，以此来消除地基土的湿陷性，提高地基土的承载力，降低地基黄土的压缩性。

6 强夯法消除湿陷性的效果

强夯法施工相比较其他施工方法具有自己的优点，如:施工设备、工艺简单，仅用一台起重机和重锤即可施工等。强夯后地基强度可提高2倍～5倍，压缩性可降低2倍～10倍，加固影响深度达8 m～12 m，同时可防止地震区砂土液化，消除或降低大孔土的湿陷等级。工效高、施工速度快，每台设备每月可处理地基面积5 000 m2～10 000 m2，比桩基可加快工期1倍～2倍。节约投资，根据夯击类型不同，强夯法处理地基与桩基相比可节省投资50%以上。

消除地基土湿陷性的同时，还要从设计与施工两方面对地基工程做到以下几点:

1)做好防水措施。防水措施是保证建设在湿陷性黄土上的建筑物安全和正常使用的重要措施之一。从基本防水、检漏防水、严格防水三方面着手。基本防水包括屋面排水、地面防水、散水、排水沟、管道敷设、管道材料和接口等防水措施。合理组织排水，杜绝跑冒滴漏发生。检漏防水是对防护范围内的地下管道增设检漏管沟和检漏井，防止在漏水时建筑物地基直接受水浸泡。对于消防、采暖等压力水管道的跑漏现象，要制定预防补救措施，及时引入或压力泵排入排水系统。严格防水是通过迎水面材料地面、池壁等的材料和防水涂料或防水卷材，来避免漏水现象发生，杜绝由此产生的湿陷性事故。

2)从结构设计措施着手，避免引起破坏。主要考虑四个方面:选择适宜的结构和基础形式，适应不均匀下沉;加强结构的整体性和空间刚度，减少不均匀下沉;增加建筑部件的强度，减轻湿陷的损害;预留适应湿陷的变形净空。

3)未见地下水的工程，应考虑地下水上升对湿陷性黄土地基的影响。随着自来水入户饮用工程的逐步推进，过去的深井逐渐被取缔，地下水静水位在逐步上升。所以需考虑地下水位上升后对建筑物周边湿陷性黄土的影响，保证建筑物不受到任何湿陷的影响。

7 结语

本工程项目采用强夯法对地基黄土的湿陷性进行消除，经实验室取样试验，取得了比较好的效果。消除黄土湿陷性的方法很多，选择哪种方法，不仅要考虑地基土的承载力，还要考虑周边环境对项目的影响，以及项目场地的限制。同时在湿陷性黄土地区建设的建筑物还要考虑对黄土的防治，从项目的整体全面考虑，避免局部的湿陷影响到项目整体的安全。

［1］钱鸿缙．湿陷性黄土地基［M］．北京:中国建筑出版社，1985．

［2］杨印旺．强夯法在黄土地区某高填方工程中的应用［J］．施 工技术，2012(2):13-15．