大厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究

牛新朋　王 丹　卢林涛

（1.西安森科建筑工程设计咨询有限公司 陕西 西安 7100432.中联西北工程设计研究院有限公司 陕西 西安 710082）

大厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究

牛新朋1王 丹2卢林涛2

（1.西安森科建筑工程设计咨询有限公司 陕西 西安 7100432.中联西北工程设计研究院有限公司 陕西 西安 710082）

近几年，伴随着西部大开发战略的不断推进，黄土工程建设的开展也日益频繁起来，但是问题也随之而来。工程建设从低阶到高阶发展，湿陷性黄土层变得逐渐增厚，处理起来也较为困难。本文针对高等级、大厚度自重湿陷性黄土地基的建筑，提出一种处理厚度的基本思路和方法，并对于一些常用的处理方法用实例进行论述，以达到保证质量、施工简便、节约工程投资的目标，取得良好的社会效益和经济效益。

湿陷性黄土；地基处理；研究

引言

伴随着建筑业的快速发展，尤其是一些事故教训，人们对湿陷性黄土的研究越来越重视。大厚度自重湿陷性黄土地基处理问题一直是特殊土和非饱和土领域学术界、工程界关注的热点与难点。近年来，黄土地区的建设场地和建设规模的自重湿陷性黄土层厚度逐渐变大，在今天，研究还不完善，处理这样深厚的湿陷性黄土地基问题的过程中，经验还不够丰富，难以把握标准。按照现行规范处理大量地基时可以发现，仅仅依靠国内外现有的常规手段，难以满足规范中的要求。甚至在有的工程中，如果严格按照规范所规定的剩余湿陷量来执行，则很难使工程技术经济的合理性得到保证。特别是，处理后的地基下沉事故越来越多，目前，大厚度湿陷性黄土地基问题将不断挑战着广大工程工作者和黄土力学者。

1　湿陷性黄土地基处理厚度的基本思路

迄今为止，实践湿陷性黄土地基处理的工程已经几十年了，具体方法很多，但归纳起来，其基本思路有以下几种：

（1）将基础以下黄土层湿陷性全部消除，当湿陷性黄土土层厚度在15m以内时，非常容易达到，常用的方法有垫层法（处理深度1～3m）、强夯法（处理深度3～12m）、挤密法（处理深度5～ 15m）等。

（2）将基础以下黄土层湿陷性部分消除，依据建筑物的重要性及分类，对最小处理厚度进行限定，对剩余湿陷量严格控制。

（3）基础穿透湿陷性黄土层，传力于可靠的持力层或者非湿陷性土层上，桩基是常用的方法。该方法在重要建筑物的基础中被广泛应用。

（4）将建筑物基础的防水、排水措施充分做好，使基础下湿陷性黄土地基无法浸水，从而达到避免地基湿陷的目的。

2　大厚度自重湿陷性黄土地基处理方法

大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理常用的方法为：垫层法、夯实法、挤密法、预浸水法、化学加固法等，具体使用范围如表1所示。

近来，很多大型工程项目建造在大厚度湿陷性黄土地上，因此，地基处理的难度和深度就越来越大，而现有的挤密法、高能量强夯等地基处理方法，一般只能将基底下10～15m地基土的湿陷性消除，当存在大于15m的基底下湿陷性黄土层厚度时，则处理时，常常需要用桩基础穿透湿陷性黄土层，为了使地基处理工作技术先进、确保质量、经济合理，今后应研究并开更加有效的大厚度湿陷性黄土地基的新处理方法。

表1　湿陷性黄土常用的地基处理方法

2.1孔内夯实挤密法（DDC法）

孔内夯实挤密法（DDC法）是司炳文在挤密桩的应用基础上发展的一种新方法。孔内夯实挤密法是从挤密法借鉴而来，用人工挖孔、沉管打桩机或长螺旋转机打成孔，再向孔内填入灰土、素土等填料，在以1.5～2.5t的重夯锤在孔内分层夯实，使填料从孔周侧向挤出，成孔直径一般为0.4m，夯扩至成桩直径0.55～ 0.60m，一种挤密的复合地基形成，其特点如下：

（1）具有强挤密、能量高、超压强的作用机制，高能量冲、挤、压孔内深层部位，使其孔内的桩间土和填料得到超强压力的固结。

（2）地基处理深度足够深，深度可达30m。

（3）机械设备简单，钻、挖均能成孔，成孔、夯击简单方便。

（4）成桩挤密效果好，孔径大，桩径一般为600～2000mm，最大桩径可以达到3500mm。

（5）对填料的要求非常低，如矿渣、建筑垃圾、灰土、素土粉煤灰等都可以使用。

近十几年来，孔内夯实挤密法（DDC法）作为一种新型地基处理方法，在河南、陕西、山西、甘肃、青海等地，在处理大厚度湿陷性黄土地基中已经得到了广泛的使用。对于其消除湿陷、加固机制、控制地基沉降的设计理论研究方面，正在逐步走向成熟的阶段。

2.2挤密法

我国最早在20世纪60年代使用挤密法，国外像罗马尼亚、前苏联等，在挤密法方面的研究工作比较活跃，试验规模也较大，但系统的成果资料尚未看到。1968年，在甘肃天水与原建工部七局五公司等单位协作，原建工部建筑科学研究院西北科研小分队对湿陷性黄土地基进行过叫做“爆扩挤密”的试验研究。从20世纪70年代起，西安地区的湿陷性湿陷性黄土地基经“机械挤密”处理，取得了较好的试验效果，并在工程中实现了大量的推广应用。“机械挤密”在天水、兰州等地，针对如何处理大厚度自重湿陷性黄土的地基，进行了较大规模的试验研究，并取得了较好的试验成果。

现在，挤密法是一种非常成熟的地基处理方法，在高层以及多层建筑物的地基处理中应用较多，因其具备造价低廉、施工速度快、施工设备简单、技术可靠、处理厚度大、社会效益好等特点，得到了日益广泛的应用。

挤密法的特点：挤密地基的最终目的是消除黄土湿陷性、减小土的压缩性和提高地基承载力。该方法属于沉管横向挤密，一般处理深度可达5～15m，处理后的地基竖向均匀；孔的材料是灰土、素土等，都是廉价材料，可以就地取材，造价低，地基处理效果也好。

挤密法的机制：挤密的作用通过以下两个方面的作用来实现：①在灰土遇水分解、膨胀，脱水、固结时，利用孔内将其夯实，使桩间土与土桩形成共同的复合地基，从而挤密地基效果，使地基承载力得到提高，将湿陷性消除，地基土均匀变形，减少沉降量；②采用机械打桩成孔，在成孔时，挤密孔周围的土，使桩间土的承载力与密实度得以提高，从而消除黄土湿陷性。

处理深度：应根据建筑物重要性、湿陷等级、地基的湿陷类型、湿陷土层厚度，再与打桩机械的条件结合，综合考虑决定桩长，一般从基础底面算起不小于3m，处理厚度过小时采用挤密地基就会很不经济，因为受到机械设备的限制，处理深度最大不应超过15m。

2.3预浸水法

预浸水法适用于湿陷量超过500mm、厚度超过10m的自重湿陷性黄土，可消除湿陷性位于地面6m以下的土层，最早利用预浸水法处理水工建筑的地基。

在我国宁夏地区，杨黄扩灌工程某厂房分主副厂，厚度为36.5m等级是Ⅲ～Ⅳ级的自重湿陷性黄土地基，被评价为严重湿陷。因为等级高、厚度大、建筑用水量多，比较处理方法后，最终采用预浸水法处理，消除处理全部的自重湿陷性黄土。建筑周边扩宽6～10m，试坑尺寸为70m×110m，浸水坑深为80cm，并在其中打浸水孔，孔径150cm，孔距5.0m，孔深23m，填入碎石、沙砾石，确保浸水水头大于0.5m。持续观察225d，停水观察为62d，浸水观察为163d，停水前沉降值为127.4～178.9cm，平均值为168.2cm，停水后沉降值为16.1～84cm。预浸水法处理该工程中的5个泵站，使用3a后，效果明显，地基良好。分析工程实践，采用预浸水法处理湿陷性黄土地基花费时间较长。需100d左右的停水，才能降到最初的土层含水状态。因此，预浸水法在土层湿陷性在6m以下的地表才可适用，且该方法耗费工期长。由于存在外荷湿陷，还应综合使用换填、强夯的方法对其进行消除。因此，如果湿陷性黄土太厚，采用预浸水法工期长，但成本低、方便施工。

3　结束语

大厚度自重湿陷性黄土地上，对于涉及面广的乙丙类建筑，地基处理要求过严，有的处理方法还会因机械设备条件的限制，达不到对处理深度的要求，还需要增加建设投资。因此要求将其地基的部分湿陷量消除，然后根据剩余湿陷量大小的控制和地基处理的不同深度，采取相应的结构措施和防水措施，使地基处理的不足得以弥补，从而保证工程的正常使用。湿陷性黄土地基的处理方式很多，针对不同的工程要求和特点，选择合适的处理方法及其重要。DDC法、挤密法、预浸水法都是有效的方法，我们在推广应用的同时，还应总结经验，加以改进，合理的控制剩余湿陷量，实现保证质量、施工简便、节约投资的目标，取得良好的社会效益和经济效益。

[1]田耀文，杜小川.大厚度湿陷性黄土地基处理方法[J].甘肃科技，2011（19）：147～151.

[2]黄雪峰，陈正汉.大厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究[J].岩石力学与工程学报，2007（26）：4332～4338.

[3]邢乾辉，马国房.湿陷性黄土地基处理方法研究[J].西部探矿工程，2013（03）：17～18.

[4]宋俊斌.大厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究[J].城市建筑，2007：145.

TU444

A

1673-0038（2015）18-0051-02

2015-3-9

牛新朋（1982-），男，工程师，本科，主要从事建筑结构设计工作。

王丹（1982-），男，工程师，本科，主要从事结构设计工作。

卢林涛（1981-），男，工程师，本科，主要从事结构设计工作。