湿陷性黄土地基处理方法研究

(太原市建设工程质量监督站，山西 太原 030009)

引言

湿陷性黄土是土体在受力情况下浸水后，土体结构立即发生破坏，发生严重的湿陷变形，地基承载能力急速下降的一种土体。湿陷性黄土又分为两种类型[1]：自重湿陷性黄土和非自重性湿陷性黄土两种。自重湿陷性黄土即在自身重力荷载下浸水后发生湿陷性破坏的黄土；非自重湿陷性黄土即在自身重力荷载和外部荷载作用下浸水后发生湿陷性破坏的黄土。

湿陷性黄土会在建筑物施工过程中或后续使用过程中使其发生不均匀沉降、结构开裂、倾斜，严重者甚至倒塌，这些危害严重影响了结构的使用性能和安全性能。世界上湿陷性黄土分布最广的国家分别是中国、美国和前苏联，而我国的湿陷性黄土面积占到全世界的60%以上，约40万km2。其中在我国湿陷性黄土分布最广的是山西省，并且分布在地基浅层，因此在施工过程中应采取适当的工程措施予以铲除或加固处理，以减小其湿陷性对结构的破坏。

1 湿陷性黄土的判定

黄土由于形成年代、地理环境和成岩作用的不同而使得其内部的构成和组分含量有一定差异，发展到现在才形成湿陷性黄土和非湿陷性黄土。其中在湿陷性黄土地基中，自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土地基的湿陷量和承载力均有较大区别。而不同地区、不同生成年代的自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土的湿陷量和承载力又有明显不同。因此，对于湿陷性黄土应有一整套的统一的评定标准和方法，根据湿陷性黄土的形成年代、承载力大小、类型、湿陷程度等这些方面进行归类和评定。湿陷性黄土除了具备一般黄土的特点如黄色或黄褐色、粒度、孔隙之外，它还有自己的特点，如松散多孔结构、剖面上的垂直节理，而且内部组成中包含的盐类较多。湿陷性黄土具有较大的湿陷性主要是由于内部呈垂直大孔性所致，当湿陷性黄土遇到水时在自重或外力作用下，内部孔结构失去承载力或其承载力降低，土颗粒的凝聚力减小或为零，其中受到压力和遇水是外部因素，而垂直大孔性是内部因素，这两种因素导致了黄土的湿陷性。

目前，国内对黄土湿陷性的判定是采用湿陷系数δs进行判定，湿陷系数δs可以通过浸水试验进行测定。具体试验方法为：将保存完整、干燥的黄土取成一定大小，使用压力试验机进行加压，当加到规定试验力时停止加载，待土样压缩稳定后，将试样浸入水中使土体达到饱和吸水率取出，这时土体会发生收缩，待吸水饱和的土样收缩至稳定后测其土样高度。湿陷系数δs由(1)式进行计算：

(1)

式中：h0——土样的原始高度，m；hp1——土样无侧向变形时，达到试验规定压力P压缩稳定后的高度，m；hp2——浸水后土体保持稳定后的土体高度，m。

计算所得的湿陷系数δs为单位厚度土体的土样层，由于在受力后浸水会产生一定的湿陷量，δs就为所代表土样的湿陷程度。在GB 50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》[2]中，根据各地采集湿陷性黄土的湿陷系数取δs=0.015作为其限值，即当δs≥0.015时定义为湿陷性黄土，当δs<0.015时定义为非湿陷性黄土。同时，湿陷性土层的厚度也是据此定义的，即当δs<0.03时为弱湿陷性黄土，当0.03<δs<0.07时为中等湿陷性黄土，当δs>0.07时为强湿陷性黄土。

2 湿陷类型划分和等级判定

2.1 类型划分

自重湿陷性黄土在自身重力作用下会发生湿陷性沉降，因此需要采取非自重湿陷性黄土进行换填或其他更有效的措施进行施工。在GB 50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》中，使用Δzs来区分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两种地基，其中规定当Δzs>7 cm时为自重湿陷性黄土，当Δzs<7 cm时为非自重湿陷性黄土。

2.2 等级判定

湿陷性黄土地基的具体等级划分见表1。表中列出的是当地基受力浸水后发生的湿陷程度，可以使用地基中各层土体的沉降量总和进行判定，沉降量越大则危害越大。在GB 50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》中使用Δs表示地基总湿陷量，因为山西省的上层土体湿陷量高于下层土体，并且上部土层浸水的情况也高于下部，因此当Δs<5 cm才定义为非湿陷性黄土。

表1 等级判定

3 地基处理

对湿陷性黄土地基进行处理的目的是减小土层沉陷量，改善土体结构和性质，减小土层的渗水度和可压缩度，改善或者消除地基的沉降。根据实测数据得知土体的湿陷性类型和等级后，可结合工程使用用途和施工条件等采取有效措施，对湿陷性黄土进行改善，以减小地基沉降量，满足施工使用要求，使结构达到安全、稳定、适用等要求。减小湿陷性黄土沉降量的措施通常有使用垫层、打夯、石灰桩、素土桩挤密法等。遇到具体工程时，应根据现场所测湿陷性黄土类型、等级以及结构要求等具体条件来确定改善措施。通常所采用的措施如下：

(1)灰土或素土垫层。将开挖后的基底的湿陷性黄土挖除至指定深度，通常为1～3 m，采用素土或三七灰土进行回填夯实。这种措施可以使基础下方的土体沉降量变小，既经济又实用。但是，在施工过程中选择回填土时，应选择最佳含水率和最大干容重的土体，否则很难达到施工要求。采用回填土的最大优点是自重轻，避免了地基因附加应力带来的湿陷性沉降。

(2)夯实法。采用重锤落击法可以排出浅层土体内的水分，消除其内部孔隙结构[3]。如采用2～4 t的重锤落差在4～5 m内，通常情况下可以消除土体深度1～1.5 m内的湿陷性。根据国内的使用记录，当使用强夯法时采用10～20 t的重锤落差在10～20 m内锤击两次，可以消除土体深度4～6 m内的湿陷性。采用强夯法和重锤落击法时，应根据现场试验来确定锤击次数和选用落锤大小，以达到施工要求和预期效果。

(3)灰土挤密桩。使用挤密桩前可以采用打桩、钻孔和爆破等方法成孔，成孔后应分层向孔内填充石灰与粉煤灰的混合物，再使用短桩进行打桩，打桩过程中破坏湿陷性黄土的土体孔结构，挤密土体，达到消除土体沉降或减小土体的湿陷性。采用灰土挤密桩法可以消除5～10 m内湿陷性黄土的湿陷性，其施工后的效果取决于土体挤密程度，所用挤密桩的桩径和桩距应根据具体试验确定，采用挤密桩时土体的干密度应达到16 kN/m3以上。在使用挤密桩减小土体沉降施工时或施工后，应对桩体周边土体采取防水措施，可以使用夯实法或铺盖塑料布等措施。

4 结语

通过对湿陷性黄土的类型划分和等级判定，可以采取适当的措施来降低或消除黄土的湿陷性。当使用湿陷性黄土作为基底持力层时，由于其在受力后遇水会使土体内部结构发生破坏，将对建筑产生不同程度的破坏，同时也会造成工程事故。因此，在使用过程中要采取一定的措施来降低湿陷性黄土的湿陷性，增大持力层的承载力。通常的做法是采用垫层、夯实法或灰土挤密桩法进行施工，这3种施工方法优于其他处理方法，不仅造价低廉，并且施工过程中的安全度较高。

参考文献：

[1] 秦晓栋，薛维俊.湿陷性黄土地基湿陷机理、湿陷性评价及地基处理方法[J].内蒙古石油化工，2009(2)：38-40.

[2] GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3] 姜伟，胡长明，梅源.深厚湿陷性黄土地基强夯加固处理技术[J].建筑技术，2013，44(2)：125-127.