浅析湿陷性黄土建筑地基基础设计与处理

龚桂林，赵 研

(信息产业电子第十一设计研究院，四川成都610021)

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉。故在湿陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。

1 湿陷性黄土场地地基评价

湿陷性黄土场地地基评价主要有三个指标。

1.1 黄土的湿陷系数δs

黄土湿陷性的判定，δs是一个重要指标，根据室内浸水压缩试验测定结果，我国现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)规定为：

当湿陷性系数δs<0.015时，定为非湿陷性黄土；

当湿陷性系数δs≥0.015时，定为湿陷性黄土。

这里可以得出，黄土湿陷是在水和压力的共同作用下产生的，二者缺一不可。即仅有水而无一定压力，黄土湿陷是不会产生的；反之，仅有一定压力而无水浸湿黄土，其湿陷亦无法产生。

1.2 湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值 Δzs

自重湿陷量的计算值Δzs是先根据场地的取土勘探点所取原状土样，在室内进行浸水压缩试验，测出各土层在其上覆土的饱和自重压力下的自重湿陷系数δzs值。然后根据下式求出自重湿陷量的计算值Δzs：

其中:β0是因地区土质而异的修正系数，是自重湿陷量的计算值与实测值的差异系数。

湿陷性黄土场地存在非自重湿陷性和自重湿陷性两种类型，前者主要由非自重湿陷性黄土层组成，湿陷起始压力值一般大于其上覆土的饱和自重压力值，场地充分浸水时，不产生自重湿陷或自重湿陷量的计算值(或实测值)小于70 mm；后者主要由自重湿陷性黄土层组成，湿陷起始压力值一般小于其上覆土的饱和自重压力值，场地充分浸水时，自重湿陷量的计算值(或实测值)大于70 mm。

1.3 湿陷性黄土地基受水浸泡湿陷量的计算值 Δs

湿陷性黄土地基是由基底下不同厚度的湿陷性黄土层所组成，湿陷等级用以表示地基的湿陷程度。而判定湿陷性黄土地基的湿陷等级，就需要用到湿陷性黄土地基受水浸泡湿陷量的计算值 Δs：

其中:β是考虑地基土的侧向基础和浸水几率等因素的修正系数。

我国现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)规定，根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值将场地湿陷类型不同的地基划分为Ⅰ(轻微)、Ⅱ(中等)、Ⅲ(严重)、Ⅳ(很严重)四级。划分地基湿陷等级是为设计采取措施之用，防止采取一刀切的措施。

2 湿陷性黄土地基基础设计

2.1 湿陷性黄土地基处理需要考虑的几个因素

湿陷性黄土地基处理的主要目的：一是全部或部分消除场地地基的湿陷量，二是提高地基承载力。要达到这两个目的，地基处理设计需考虑几方面的因素：一是确认地基处理黄土层的厚度，二是确认地基处理的平面范围，三是确认承载力需要提高到什么样的水平。湿陷性黄土地基处理及基础设计应综合考虑上述因素，选取合理的地基处理方法。

地基处理黄土层的厚度，根据建筑物的类别，分为全部消除湿陷量和部分消除湿陷量两种情况。当需要消除建筑物地基全部湿陷量时(甲类建筑)，非自重湿陷性黄土场地，应将基础底面以下附加压力与上覆土的饱和自重压力之和大于湿陷起始压力的所有土层进行处理，或处理至地基压缩层的深度止；在自重湿陷性黄土场地，应处理基础底面以下的全部湿陷性黄土层。当需要消除建筑物地基部分湿陷量时(乙类、丙类建筑)，根据湿陷性黄土地基充分受水浸湿后的湿陷变形范围，消除地基部分湿陷量，应主要处理基础底面以下湿陷性大(δs≥0.07、δzs≥0.05)及湿陷性较大(δs≥0.04、δzs≥0.03)的土层，因为贴近基底下的上述土层，附加应力大，并容易受管道和地沟等漏水引起湿陷。工程实践表明，当地基处理后的剩余湿陷量大于220 mm时，建筑物在使用期间，地基受水浸湿均产生严重或较严重的湿陷事故；当地基处理后的剩余湿陷量介于220～130 mm时，建筑物在使用期间，地基受水浸湿均产生轻微湿陷事故。

地基处理的平面范围，可分为局部处理和整片处理。局部处理是在独立基础或条形基础底面下进行处理，使基底压力得以扩散，以减小下卧层顶面的附加应力；整片处理是在整个建筑物的平面范围内进行处理，以增强防水效果。

湿陷性黄土本身的承载力特征值fak一般在140～180 kPa，属中软土，多高层建筑建设中此类地基土基本上都需要进行地基处理，以提高其承载力。而建筑地基基础设计需要将湿陷性黄土地基的承载力提高到什么样的水平，对地基处理方法的选取也是至关重要的。比如要求地基承载力达到200～250 kPa，那么垫层法、强夯法、挤密法等均可达到目的。而高层建筑或重型多层厂房对地基承载力要求却要高得多，这时采用孔内深层强夯(DDC法)可使承载力达到400～600 kPa。另外，亦可采用挤密法消除湿陷后，采用混凝土灌注桩桩基提升承载力的设计方法。

另外，湿陷性黄土场地地基土的含水量、饱和度也是影响地基处理的重要因素。

2.2 湿陷性黄土地基处理方法

湿陷性黄土地基常用的处理方法：垫层法、强夯法、挤密法、DDC法、预浸水法、化学加固法。为消除地基土的湿陷性，一般在其竖向或横向采用夯实挤密的方法，使处理范围内土的孔隙体积减小，干密度增大，压缩性降低，承载力提高，湿陷性消除。

垫层法包括土垫层和灰土垫层。当仅要求消除基底下1～3 m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部(或整片)土垫层进行处理；当同时要求提高垫层土的承载力及增强水稳性时，宜采用整片灰土垫层进行处理。垫层法地基处理，压实系数λc是控制施工质量以及设计成功与否的关键，小于或等于3 m的土(或灰土)垫层，λc不应小于0.95；大于3 m的土(或灰土)垫层，超过3 m的部分λc不应小于0.97。垫层法处理后，垫层的承载力特征值对土垫层不宜超过180 kPa，对灰土垫层不宜超过250 kPa。

强夯法是利用100 kN以上的重锤自由落下时，在夯击能和冲击波的作用下，将地表下一定深度内的湿陷性黄土夯至密实状态。采用强夯法处理的湿陷性黄土地基，土的含水量至关重要。天然含水量低于10%的土，呈坚硬状态，夯击能量消耗在表层土上，深部土层不易夯实；而天然含水量大于塑限含水量3%以上的土，夯击时呈软塑状态，容易出现“橡皮土”。为方便施工，当现场土体天然含水量较低时，可对拟夯实土层加水增湿;当天然含水量太大时，宜采用晾干或其他措施适当降低其含水量。在工地可采用塑限含水量wp-(1%～3%)或0.6wL(液限含水量)作为最优含水量。根据不同的地基处理要求，采用相应的单击夯击能，强夯法消除湿陷性黄土层的有效深度可达3～12 m，地基承载力可达200～250 kPa。

挤密法是通过成孔设备或爆炸能量所产生的横向挤压作用形成桩孔，孔内土被挤向周围，使桩间土得以挤密，然后将填料填入孔内，并分层夯实至设计标高。挤密法是操作性非常灵活的一种地基处理方法，可根据地基设计承载力要求采用不同的填料及夯实方法，达到设计目的。一般情况下，孔内填料宜采用素土或灰土，用夹杆锤分层回填夯实，压实系数达到不小于0.97时，处理后地基承载力特征值可达200～250 kPa。当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时，由于采用沉管成孔容易造成“缩孔”，《建筑地基处理技术规范》建议不宜采用灰土或素土挤密桩法。此时采用洛阳铲取土成孔，重锤夯实的方法，采用灰土或素土挤密桩法亦可达到目的。当需要较大幅度提高地基承载力时，孔内填料可采用强度较高的水泥土或素混凝土，按复合地基处理的方式设计，处理后地基承载力可提高至400～450 kPa。土挤密法的处理深度5～15 m为宜。

DDC法即孔内深层强夯法，是通过机具成孔，然后通过孔道在地基处理的深层部位进行填料，用具有高动能的特制重力锤进行冲、砸、挤压的高压强、强挤密的夯击作业，从而达到加固地基的目的。DDC法的原理与挤密法基本相同，其填料取材更为广泛，素土、渣土、灰土、碎石土、生石灰、水泥土、三合土、粉煤灰等均可作为填料。但DDC法地基处理设计应按复合地基进行设计，并对单桩承载力有要求。DDC法地基处理的深度可达30 m，处理后的地基承载力特征值可达600 kPa。

预浸水法是通过在场地内预先浸水，使湿陷性黄土先于工程建设完成湿陷。由于限制条件较多，如浸水范围受限、施工周期长、二次勘察等，使该法应用较少。

化学加固法一般用于既有建筑物的地基加固和纠倾，由于其对土体的破坏性，新建工程几乎不采用化学加固法。

[1] GB 50025-2004 湿陷性黄土地区建筑规范[S]

[2] JGJ 79-2002/J 220-2002建筑地基处理技术规范[S]

[3] 罗宇生.湿陷性黄土地基处理[M].中国建筑工业出版社，2008