湿陷性黄土地基的处理方法

梁 虎

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

湿陷性黄土地基的处理方法

梁 虎

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

本文针对黄土高原湿陷性黄土实际施工条件，介绍了实施性较强的两种湿陷性黄土的处理方法——桩基础法和沙石桩法。在处理过程中，应因地制宜，广泛发展运用于各地、各种条件下的处理方法。

湿陷性黄土 桩基础 沙石桩

1 概述

湿陷性黄土是我国一种主要的、分布较为广泛的区域性土，它主要分部于我国黄土高原。湿陷性黄土是第四纪的一种沉积物，以粉土颗粒为主，富含碳酸盐，具有大孔隙和垂直节理，以黄色为基本色调，具有湿陷性，故称为湿陷性黄土。

湿陷性黄土的最大特点，是在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下，受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉，这种现象称为湿陷。它与自重湿陷性黄土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增加的现象不同。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大，因此其湿陷性也有较大差别，有些湿陷性黄土受水浸湿后在土的自重压力下就产生湿陷，而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下才产生湿陷。湿陷变形不同于压缩变形，通常压缩变形在荷载施加后立即产生，随着时间的增长而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基来说，压缩变形在施工期间就能完成一大部分，竣工后三个月到半年即基本趋于稳定。而湿陷变形的特点是变形量大，常常超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍；发生快，一般在浸水1h～3h就开始湿陷。就一般的湿陷事故而言，往往在1d～2d内就可能产生20cm～30cm的变形量。这种量大、速率快而又不均匀的变形，往往使建筑物发生严重变形甚至破坏。而湿陷的出现完全取决于受水浸湿的机率，有的建筑物在施工期间即产生湿陷事故，而有的则在几年甚至几十年后才出现湿陷事故。

湿陷性黄土湿陷变形的主要指标为湿陷系数，湿陷的起始压力和湿陷的起始含水量，其中以湿陷系数最为重要。湿陷系数是单位厚度土样在土自重压力或自重压力与附加压力共同作用下浸水所产生的湿陷量。它的大小反映了黄土对水的敏感程度，湿陷系数越大，表示土受水浸湿后的湿陷量越大，因而对建筑物的危害越大，反之则小。

2 桩基础

湿陷性黄土地区采用桩基础的目的，是将桩穿过湿陷性黄土层，落在其下坚实的非湿陷性土层中，以便安全支承从上部结构传来的荷载，如一旦地基受水浸湿，就可以完全避免湿陷的危害。按施工方法，桩可以分为打入、钻孔和爆扩几种，下面分别叙述。

2.1 打入预制桩

钢筋混凝土预制桩造价较高，但它的施工机械化程度高、施工速度快、承载力高，所以近几年在一些重要的工程中采用较多。在湿陷性黄土层较厚或地下水位较高而建筑物的荷载又较大的情况下，使用预制桩是特别合适的。

预制混凝土桩为国内使用最多的一种桩型，常用截面有普通混凝土方桩和预应力混凝土管桩两种。尤其是方型桩，生产制作运输堆放都比较方便。有的地区采用三角形截面的空心桩，具有材料耗量小、重量轻、界面周边惯性矩较大的特点。打桩方法有锤击法和振动法等。

2.2 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是高层建筑常用的一种基础形式，它将上部结构的荷载传递至深层稳定的土层或岩层上，以减少建筑物的不均匀沉降。它能适用于不同的场地和多种地层，在工业与民用建筑及道路桥梁工程中得到普遍应用。

钻孔灌注桩具有施工工艺和机具设备的多样性，但各种工艺和机具设备同样要受到施工场地的环境、地质条件约束。在工程实际中，时常出现因勘查未详细查明建筑场地岩土工程条件，设计选择不合适的持力层，施工中选择不合理的施工工艺、不合适的灌注混凝土方法；以及工作人员素质参差不齐、责任心不强，均可产生质量问题。

钻孔灌注桩为非挤土桩。根据成孔工艺，可分为取土钻孔灌注桩、冲击钻孔灌注桩和泥浆循环护壁钻孔灌注桩。

2.3 爆扩桩基础

爆扩桩是先用钻机或大直径洛阳铲掏孔(也可用炸药爆扩)形成桩孔，然后在孔底安放炸药包，浇入部分混凝土，将炸药引爆后在桩底形成扩大头空腔，继续浇灌桩身混凝土而成为爆扩桩。爆扩桩施工方便，不需要复杂机具，土方量很少。由于桩段面积扩大，其承载能力可以比一般灌注桩提高1～2倍。

在湿陷性黄土地区，采用爆扩桩与其他地区不同的是，应考虑桩基在受水浸湿后层理的变化。在天然状态下，爆扩桩承载力是由桩周土的摩擦力和桩底扩大头下土的承载力两部分所组成，一般情况下，其承载力都较高。但地基受水浸湿后，摩擦力大部分消失；在自重湿陷性黄土地基上，还可以产生负摩擦力。因此在湿陷性黄土地区，决定爆扩桩承载力时，不应将桩周土的摩擦力考虑在内。

爆扩桩基础设计，包括桩的设置深度、桩身和扩大头直径以及桩位布置。在湿陷性黄土地区，爆扩桩的成孔方法有药管法和药眼法两种。

3 砂石桩法

3.1 加固原理

砂石桩可用于处理松散砂土、粉土、粘性土、素填土及杂填土地基，该方法处理可液化地基是很有效的。其工作机理主要靠桩的挤密和施工中的振动作用，使桩周围土的密实度增大，从而使地基的承载力提高，压缩性降低。因软弱地基土的渗透性较小，灵敏度较大，成桩过程中产生的超孔隙水压力不能迅速消散，挤密效果较差，而且因扰动而破坏了土的天然结构，降低了土的抗剪强度。根据国外的经验，在软弱粘性土中形成砂石桩复合地基后，再对其进行加载预压，以提高地基强度和整体稳定性，并减少工后沉降。国内的实践也表明，如不进行预压，砂石桩施工后的地基在荷载作用下仍有较大的沉降变形，对沉降要求较严格的建筑物难以满足要求。因此，采用砂石桩处理饱和软弱粘性土地基应根据工程对象区别对待，通过现场试验来确定地基处理方法。地基土的土质不同，对砂石桩的作用原理也不尽相同。在松散砂土和粉土地基中，其主要作用有挤密作用、振密作用及抗液化作用；而对于粘性土地基，其作用是置换作用和排水作用。

3.2 设计计算

3.2.1 桩的平面布置，可采用三角形或正方形。

3.2.2 桩直径的大小，一般可采用300mm～800mm。

3.2.3 砂石桩的间距，对粉土和砂土地基，不宜大于砂石桩直径的4.5倍；对粘性土地基，不宜大于砂石桩直径的3倍。

3.2.4 砂石桩的长度，取决于需加固处理的软土层厚度，通常根据地基的稳定和变形验算确定。

3.2.5 砂石桩处理范围应大于基底范围，处理宽度宜在基础外缘扩大1～3排桩。

3.2.6 砂石桩孔内填料量应通过现场试验确定，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数。

3.2.7 桩体材料可用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑等硬质材料，含泥量不得大于5%，最大粒径不宜大于50mm。

3.2.8 砂石顶部宜铺设一层厚度为300mm～500mm的砂石垫层。

3.2.9 砂石桩复合地基的承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定。

3.2.10 砂石桩处理地基变形时，应按规范中的规定进行计算。

3.3 施工要点

砂石桩机包括桩基架、桩管及桩尖、提升设备、挤密装置、上料设备及监测装置等部分。施工前，应在现场进行成桩试验，以此检验设计要求，确定施工工艺及施工控制要求，包括砂石量、提升速度、挤压时间等。

以挤密桩为主的砂石桩施工时，应间隔进行，并宜由外侧向中间推进。对粘性土地基，砂石桩主要起置换作用，为了保证设计的置换率，宜从中间向外围或隔排施工。在既有建筑附近施工时，为了减少对临近既有建筑物的振动影响，应背离建筑物方向进行。

4 结语

在湿陷性黄土的处理过程中，应仔细琢磨、因地制宜采取合适方法施工，提高从事处理湿陷性黄土工作队伍的整体素质，并且要注意环境，不能造成环境污染，广泛发展适用于各地、各种条件下的处理方法，避免片面性。无论在路基施工还是地基施工过程中，只有对湿陷性黄土足够重视，才能对路基结构层或地基结构层充分压实，保证及延长路基或地基的使用寿命。

TU475.3∶TU472

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2095-1809(2016)06-0049-03

梁 虎(1983.12-)，男，陕西榆林人，本科，工程师，项目部部长。

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