湿陷性黄土地基处理方法的分析及在工程中的应用

宋平平（北京桑德环境工程有限公司 北京 101102）

0 引言

随着国家经济的发展和社会的进步，建筑工程数量越来越多，分布越来越广，遇到的地质条件也越来越复杂。其中黄土就属于特殊类型的土质，其在我国分布范围比较广，覆盖面积多达60多万km2[1]，尤其是在西北地区，湿陷性黄土的分布非常明显，所以在这类地区进行工程建设，首先就要采取措施除去黄土可能存在的安全隐患。

1 湿陷性黄土形成原因与特征

1.1 湿陷性黄土形成原因

湿陷性黄土是指在覆盖土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，受水浸湿后土层结构破坏，并产生明显的附加沉降的黄土[2]。有研究表明[3]，黄土湿陷的问题主要发生在降水很少的干旱和半干旱地区。而黄土产生湿陷的最主要的原因是土质含水率，影响含水率的因素有：大气降水，生产和生活用水渗入地下，管道漏水，地下水位上升等。

1.2 特征

湿陷性黄土通常为黄褐，褐黄，灰黄，棕黄等颜色，含盐量较大，特别是碳酸盐含量突出，粉土颗粒含量居多，具有大孔性，呈松散结构状态，无层理，在天然剖面上，具有垂直节理，遇水易发生湿陷[4]。我国湿陷性黄土主要分布在西北、东北、华中和华东部分地区。

由于湿陷性黄土地基具有湿陷的特性，如在未经处理的地基上进行建设，很容易造成建构筑物的不均匀沉降，甚至可能产生倾斜乃至倒塌。因此改善湿陷性黄土的性状，降低土的不稳定性，防止其湿陷的发生，部分甚至全部消除黄土湿陷性的危害，具有迫切的现实意义。

2 处理方法及适用条件

防止湿陷性黄土地基湿陷的措施，可分为地基处理措施、防水措施和结构措施三种[5]。《湿陷性黄土地区建筑规范》（以下称‘规范’）的精神是“以地基处理为主，防水措施和结构措施为辅的原则设计地基基础”[6]。因此在实际工程中应强调地基处理为主的综合措施。

常见的地基处理方法有垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法和桩基础等。实际运用时应根据建筑物的类别、湿陷性黄土的特性，并考虑施工条件、材料来源，结合各地的经验，最终经过技术经济综合比较后合理选用。

2.1 垫层法

垫层法包括素土垫层和灰土垫层，在湿陷性黄土地区使用较广泛，经济处理深度一般为3m以下。垫层法主要用于丙类建筑物，处理后大多能消除地基土的部分湿陷。其优点是取材方便，施工质量容易控制，经济实用；缺点是开挖面积大，且受天气影响，处理深度超过3m时很不经济，其处理深度有一定的局限。

2.2 强夯法

强夯法用于地下水位以上，饱和度≤60%的湿陷性黄土局部或整片处理，处理深度为3～12m。其特点是：原位处理无需置换，节省劳力，机械化程度高，施工速度快，尤其在中低能量（3000KN/m强夯能级以下）表现特别出色。但工程中高能量强夯（3000KN/m强夯能级以上）具有以下缺点：施工缓慢、效率较低、费用较高，同等强夯能级下处理不同土类深度差异较大，且含水率对施工质量亦有很大影响，故使用相对较少。现实际工程中使用最广泛的是1000~3000KN.m强夯能级，处理厚度3.5~6.5m，处理效果比较稳定，费用也相对经济[7]。

2.3 挤密法

挤密法用于处理地下水位以上的湿陷性黄土，地基土的含水量需介于12%~24%，饱和度≤65%，处理深度为5～15m。该处理方法包括土挤密桩、灰土挤密桩、孔内深层强夯法（DDC桩）[8]、夯实水泥土桩等。桩体材料可以是素土、碴土、碎石或灰土（二灰土、三合土、水泥土、粉煤灰）等。挤密桩具有以下特点[4]：消除黄土的湿陷性较显著；桩与桩间土组成的复合地基能充分发挥桩土作用；施工方便，质量容易掌握；经过时间的检验地基的稳定性非常好；经济效益显著，工期较短。选用何种桩体材料，应根据地基处理的目的和要求选用便于取得的材料。

2.4 预浸水法

预浸水法适用于地基湿陷等级为Ⅲ级或Ⅳ级的自重湿陷性黄土场地，可消除地面下6m以内湿陷性黄土层的全部湿陷性。工程实践证明，当场地的湿陷性黄土层大于10m，或自重湿陷量的计算值大于500mm时候，使用浸水法可消除地面以下6m范围内的全部湿陷性。预浸水法具有操作简便，处理范围广、深度大，投入低产出高等优点。缺点是工期长、耗水量大，对周边临近的建构筑物的距离有一定要求，而且浸水结束后，应在基础施工前进行补充勘察，重新评定场地的湿陷性。

2.5 桩基础

当采用地基处理措施不能满足设计要求的建筑，或经技术经济综合分析比较，采用地基处理不合理的建筑，宜采用桩基础。适用的桩基础有灌注桩和预制钢筋混凝土桩。桩基础的选择应根据工程要求、土质情况、施工条件等因素综合确定。

3 工程案例

下面针对实际的工程案例进行分析，根据相关规范并结合各种处理方法的特点，选择适合的地基处理方案，对场地的湿陷性黄土进行处理。

3.1 工程概况

陕西省韩城市某污水处理厂二期项目二沉池，位于韩城市太史大街东延，某污水处理厂内，地面标高介于99.08~99.72m之间，高差0.64m，场区±0.000对应绝对标高为100m。场地地貌单元属黄河Ⅱ级阶地。勘探期间未见地下水。二沉池外壁直径26.8m，共两个，左右对称布置，占地面积：1260.26㎡，二沉池底板埋深为地下-3.0m（绝对标高为97m），为筏板基础，基底压力不超过120KPa。根据该污水处理厂规模，按照规范规定，属于乙类建筑。

3.2 工程地质条件

拟建场地为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷性等级为Ⅱ级，场地土层分布及特征见表1。

表1 场地土层分布及特征表

3.3 地基处理方案及设计参数

根据地勘资料显示，二沉池底板坐落在第3层黄土层上，该土层具有湿陷性。根据规范条文可知，该黄土场地最小处理厚度不应小于湿陷性土层深度的2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于150mm。

根据地勘报告，二沉池所在总图平面位置的地勘点为ZK32~ZK34，ZK37~ZK39，ZK42~ZK44，ZK47~ZK49，共12个孔点的剖面图显示，底板下该黄土层厚度介于10.3~11m之间，则需要处理的最小厚度应为2h/3，即7.33m，底板以下需要处理的厚度需大于6m，再根据另一边界条件“下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于150mm”，计算各点满足要求的深度，取处理深度底标高最小值90.18后，最终确定了挤密桩处理深度应至底板下6.8m。各点计算深度值见表2。

表2 各孔点处理深度计算表

该工程地基处理以消除地基土的湿陷性为主要目的，同时增强其水稳定性，结合第2部分给出的处理方法，选择了3种方案进行比选，一是灰土挤密桩、二是预浸水法、三是强夯法。考虑到该项目建构筑物占地面积约1.0万m2，且工期很紧，如采用预浸水法，根本无法保证工期，且本次新增加的单体，与原厂区既有建构筑物间距不能满足50m要求，因条件限制无法采用预浸水法；对于强夯法，因厂区单体下需处理的地基厚度深浅不一，考虑到该方法处理厚度超过6m时效果不稳定，故放弃采用该法，最终确定采用灰土挤密桩法，对新建厂区地基统一进行处理。

为节约资源并尽可能的降低造价，灰土挤密桩的桩身材料就地取材，采用原土过筛就地拌合2∶8灰土，具体设计参数如下：桩径采用400mm，桩孔呈正三角形布置，桩间距为1200mm，桩排距为1040mm，桩顶标高以上设置300mm厚的3∶7灰土褥垫层，有效桩长为6.4m。处理范围为基底外边缘各向外2m。

3.4 成桩试验检测及施工注意事项

根据规范规定，地基处理施工前，需进行成桩试验，试验结果应满足设计要求，同时取得相应的参数后再进行地基处理施工。

相关试验参数[9-10]要求如下：桩间土平均挤密系数不宜小于0.93、最小挤密系数ηdmin不宜小于0.88、桩身土平均压实系数不应低于0.97、复合地基承载力特征值fspk≥160kPa、桩间土湿陷性应消除。

3.5 其他措施

对于乙类建筑，除了进行地基处理以外，还应采取必要的防水措施和结构措施。因此该工程在二沉池外池壁圆周四分点处设置沉降观测点，要求在施工和使用期间进行沉降观测。同时在二沉池四周设置1.5m宽散水防止地面水的渗透。

4 结语

所结合的韩城市某污水处理厂工程实例，是在湿陷性地基上进行的工程建设，采用的灰土挤密桩在实际工程中亦得到广泛的应用，具有施工简便、经济合理等优点，所给的设计方案希望对工程设计人员有一定的参考价值。