湿陷性黄土地区铁路房屋地基处理方案及工程实例

李 强，张金苟

（中铁十六局集团电务工程有限公司，北京 100018）

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，具有在自重或外部荷重下或二者共同作用下，受水浸湿后结构迅速破坏发生突然下沉的性质.它在中国分布广泛，主要集中在山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部.此外，新疆、山东、辽宁、宁夏、青海、河北及内蒙古的部分地区也有分布，但不连续.

铁路房屋是铁路生产、运营的核心，发挥着指挥、调度、监控、服务等作用，对整个铁路的安全运营起着十分重要的作用，是整体铁路系统中不可缺少的一部分.鉴于湿陷性黄土的危害性和铁路房屋的重要性，在湿陷性黄土地区的铁路站房建设，必须采取处理措施，以保证站房结构的安全.

由于国内对铁路房屋湿陷性处理措施的专项研究和实例介绍不多，本文特从理论与实践相结合的角度对此问题展开论述.

1 黄土的湿陷机理及防止措施

1.1 黄土的湿陷性机理

黄土的结构特点和胶结物质的水溶特性决定了黄土湿陷的机理[1].湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形.造成黄土湿陷的原因可总结为：

（1）黄土的力学性质从内部改变了黄土在浸水及外部荷载因素下，使剪应力超过抗剪强度，从而发生湿陷.

（2）黄土内部受浸水湿化作用下，使土壤自身摩擦力降低，外部扰动作用诱发湿陷.

（3）黄土内部结构发生崩解，使黄土颗粒间胶结强度弱化，颗粒间相对迁移，并伴随小颗粒进入大间隙.同时由于颗粒间胶结被水溶解，在外部扰动作用下强度已不堪平衡，造成土质结构损坏.

1.2 湿陷性黄土的防止措施

黄土湿陷性对人类工程活动危害很大，常使建筑物、渠道、库岸、道路护坡造成破坏.笔者认为，改变湿陷性黄土的结构特性是防止黄土湿陷性的核心，而防止或减小建筑物地基浸水湿陷则是防止黄土湿陷性的关键点.

防止湿陷性黄土地基湿陷的综合措施主要有地基处理、防水措施和结构措施三种.其中地基处理措施主要用于改善土的物理力学性质，减小或消除地基的湿陷变形；防水措施主要用于防止或减少地基受水浸湿；结构措施主要用于减小或调整建筑物的不均匀沉降，或使上部结构适应地基的变形[2].三种措施作用、功能、侧重点各不相同，在实践中要采取以地基处理为主的综合措施，标本兼治，突出重点，消除隐患.

防止黄土湿陷性的地基处理措施主要有以下几种：

（1）垫层法：包括土垫层和灰土垫层，是将基底以下湿陷性土层部分或者全部挖除，用2:8或3:7灰土局部或整片进行换填并分层夯实，适用于消除基底以下1～3m的湿陷性黄土.具有施工简易、快捷、造价低的优点，但这种措施处理的黄土厚度有限，不适用于较厚的湿陷性黄土地层，还需做好防水，地面水及管道漏水仍可能渗入土层引起不均匀沉降.

（2）强夯法：是反复将夯锤（10～60t）提到一定高度（10～40m）使其自由落下,给地基以冲击和振动能量，从而提高地基承载力、降低其压缩性，改善地基性能.该法设备简单、工期短、节省劳力材料、造价低廉.处理深度一般在3～7m，对非自重湿陷性黄土效果明显.它要求场地有足够空间，对土壤含水量要求高，且施工造成的震动大，对周围建筑有影响，不适宜在城区使用，施工前试验和完工后检验时间长（30d）.

（3）挤密法：是用灰土或土层夯实的桩体，形成增强体，与挤密的桩间土一起组成复合地基，共同承受基础的上部荷载.成孔挤密主要有沉管、冲击、夯扩、爆扩等方法，适用于厚度在3～15m的湿陷性黄土，由于桩体和桩间土的双效作用使得挤密法地基处理的整体效果好，不但消除或部分消除了黄土的湿陷性，还提高了地基土的承载力、增强了其水稳性.

（4）预浸水法：宜用于处理厚度大于10m,自重湿陷量的计算值不小于500mm的场地.浸水结束后，地面6m以下湿陷性可全部消除，地面6m以内湿陷性也可大幅度减小，但该法耗时太长，往往影响工期，需水量也大，缺水地区不适用.浸水使场地周围地表下沉开裂，容易影响附近建筑物的安全，所以规定至既有建筑物的距离不小于50m,而且一般在浸水结束后，还需进行补充勘察工作，重新评定地基土的湿陷性，并采用垫层或其他方法处理上部湿陷性黄土层，无形中增加了成本、延长了工期.

当以上地基处理措施都不能满足设计要求时，可采用桩基础来消除黄土的湿陷性，此法安全可靠，但是投资费用较大.

2 工程实例

2.1 铁路车站站房综合楼

黄韩侯铁路新建白水、澄城、合阳北站站房在陕西省渭南市境内，位于陇东—陕北—晋西的湿陷性黄土带上，此地区自重性黄土分布广泛，厚度一般大于10m，地基湿陷等级一般为3～4级，湿陷性较敏感.经现场钻孔检测，三站均为4级自重性湿陷性黄土，与《湿陷性黄土地区建筑规范（GB 50025-2004）》判定一致.以澄城站站房施工场地为例，土层从上至下分布为：

（1）人工填土：厚约1.1m.

（2）黏质黄土：厚约23.8m，黄褐色，成份以黏粒为主，黏性一般，土质均匀，土体结构疏松，可见针状孔隙及虫孔，含少量钙丝及钙质结核，岩芯呈散块状及短柱状，其中：15.10～15.70m含大量钙丝，17.80～19.00m含大量钙质结核，具IV级自重湿陷性.fak＝150kPa.（3）砂质黄土:厚约1.3m，棕褐色，成份以黏粒为主，黏性一般，土质均匀，土体结构较紧密，可见少量针状孔隙，硬塑，岩芯呈短柱状，具IV级自重湿陷性.fak＝150kPa.

经现场探孔检测，白水站和合阳北站站房与澄城站房一样，均为IV级自重湿陷性黄土，且厚度较大.站房为300人小型铁路车站站房，房屋结构采用全现浇钢筋混凝土结构，主体1层，局部2层，建筑高度12m,建筑面积2500m2,设计使用年限为50年，房屋基础采用钢筋混凝土独立基础，地基基础设计等级为丙级.

设计要求处理后复合地基承载力特征值不小于180kpa，桩间土平均挤密系数不小于0.93.

根据现场情况、房屋结构及国家有关规范的要求综合分析测算，对三站站房地基采用灰土挤密桩的方式进行处理.灰土挤密桩材料按2：8配合比，桩径400mm，桩长度为10m，梅花状布桩，桩距900mm.施工完毕后，经检测三站站房复合地基承载力特征值为225kPa，桩间土平均挤密系数大于0.93，地基承载力提升明显，满足设计要求.

2.2 单层小型砌体房屋

黄韩侯铁路韩城车站待检室及清扫房位于陕西省韩城市韩城火车站内，拟建房屋地质资料如下：

（1）杂填土：由粉质粘土与大量砖瓦碎片组成，结构杂乱，土质不均，厚约1m，Ⅱ级普通土.

（2）黏性黄土：分布于填土底面以下，黄褐色，硬塑—可塑，虫孔及大孔隙发育，具湿陷性，工程场地均有分布，属中等压缩性土.厚约10m，底部为棕红色古土壤层.Ⅱ级普通土.fak=120kpa，具Ⅲ级自重湿陷性.

待检室及清扫房建筑面积68.64m2,层数1层，层高3.6m,结构形式为砖混，设计使用年限为50年，地基基础设计等级为丙级，基础采用柱下墙下条形基础，要求处理后的地基承载力特征值不小于180kpa.

地基处理采用基底以下换填3m厚3:7灰土垫层，每边宽出基础边不小于1.5m，垫层分层夯实，压实系数不小于0.97.用换填法处理地基后，压实系数不小于0.97，地基承载力特征值为195kpa，满足设计要求.

2.3 多层框架房屋

（3）黄韩侯铁路芝阳站运转综合房屋，建筑面积639.52m2，二层框架结构，层高8.9m.拟建房屋地质资料为：黏性黄土：浅棕黄—黄褐色，厚度大于20m，土质均匀，夹有钙质网膜及零星姜石，硬塑，Ⅱ普通土，fak=150kpa，属自重型湿陷性黄土，湿陷等级Ⅳ级，湿陷土层厚度约25～35m.地表水不发育.钻孔深度未见地下水，土壤冻结深度37cm，要求地基处理后复合地基承载力特征值不小于180kpa.

拟采用3：7灰土挤密桩进行地基处理，桩长6m，桩径450mm，等边三角形布桩，桩距1000mm.但由于现场施工场地不能满足灰土挤密桩处理宽度的要求，经计算，将地基处理方案修改为3:7灰土换填处理地基，处理厚度为基底下3m，宽出基础边缘各2m，灰土压实系数不小于0.95.

现场施工完毕后，经检测，地基承载力特征值大于180kpa，满足设计要求.

2.4 工程造价分析

铁路房屋湿陷性地基处理方案及造价表

从上表可以看出，对铁路房屋的重要建筑如火车站站房由于其重要性宜采用灰土挤密桩进行地基处理以保证其结构的安全性，其他房屋宜采用换填灰土垫层的方法对地基进行处理，相较挤密法既能有效节省工期、又能显著降低造价，可作为铁路一般房屋处理湿陷性黄土的首选方法.

3 结语

（1）本文以陕西黄韩侯铁路房屋湿陷性黄土地基处理为例，针对房屋所处的现场情况和地质条件，论述了采取的垫层法和挤密法的房屋地基处理方案，并进行了经济技术分析，得出了铁路站房适用灰土挤密法、一般房屋适用垫层法进行湿陷性黄土地理处理结论.

（2）目前对湿陷性黄土的研究成果主要集中在地方民建方面，铁路方面主要集中在对路基的处理方面[3，4]，对铁路房屋的研究极少、类型也单一[5].由于铁路房屋的特殊性，下一步应加强湿陷性黄土地区铁路房屋地区地基处理方法的探索和研究，尤其是地方民建较少使用的其他技术（如DDC桩、钻孔灌注桩、震动碎石桩等），注意案例的收集和数据的积累，以推动湿陷性黄土地基处理技术的发展.

（3）在湿陷性黄土地基处理时，要根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79)的要求，结合所建建筑物的特点、地质条件、要求的地基承载力、施工难易程度、节省投资等方面，进行技术经济分析，选择最合适的房屋地基处理方案，避免资源的浪费.

（4）灰土挤密桩的施工机械属大型施工机械，由于成本原因，现在使用的机械都较为陈旧，因此要研究一套切实可行的安全控制方法和安全操作规程，确保施工安全.

（5）湿陷性黄土房屋地基经过地基处理后湿陷性消除或降低，能达到建筑物荷载的要求，但是我们在实践中还应该采取结构（如考虑框架结构，结构内外设置变形缝等）、防水（如扩大站房外散水的宽度、增加防水卷材等）等措施，继续结构、防水、维护这方面的研究和探索，在实践中不断探索防止湿陷性黄土的方法，防止地基湿陷对建筑物的危害.

〔1〕张晓宇.湿陷性黄土地区建筑的地基处理措施[J].山西建筑，2014（3）：76.

〔2〕GB 50025-2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].79.

〔3〕摇裕春，李安洪，罗照新，孙莺.郑西客专湿陷性黄土地基处理技术研究[J].铁道工程学报，2013（9）：15—19.

〔4〕赵如意.黄韩侯铁路湿陷性黄土地基处理措施研究与设计[J].科技创新导报，2013（5）：113.

〔5〕袁二丽.湿陷性黄土地段房屋地基处理方案及造价分析[J].铁路工程造价管理，2013（3）：8-10.