宁夏地区深厚湿陷性黄土地基处理方案研究

韩自刚 张刚柱

(1.宁夏建筑设计研究院有限公司，宁夏银川 750021;2.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021)

1 湿陷性黄土地基处理研究现状

近些年来，随着我国湿陷性黄土地区基本建设事业的发展，建设用地日趋紧张，许多工程项目不得不建在深厚湿陷性黄土场地上。规范[1]中处理湿陷性黄土地基方法一般只能消除基底下15 m以内地基土的湿陷性，截至目前，国内外对湿陷性黄土地基的处理方法做了深入研究，工程实践已有几十年，具体方法也很多，归纳起来其基本方法有以下几种：

1)全部消除基础以下黄土层湿陷性，其常用方法有垫层法(处理深度1～3 m)、强夯法(处理深度3～12 m)、挤密法(处理深度5～15 m)、预浸水法(处理深度6 m以上)[1-9]，这些方法常用来处理湿陷性厚度为15 m以内的黄土层。

2)部分消除基础以下黄土层湿陷性，根据建(构)筑物的重要性及分类，限定最小处理厚度，严格控制剩余湿陷量[1-2]。

3)基础穿透湿陷性黄土层，传力至可靠的持力层上，常用方法就是桩基础，这种方法被广泛应用于比较重要的建(构)筑物的基础。

4)充分做好建(构)筑物基础的防水、结构措施，使基础下湿陷性黄土地基无法浸水，以达到避免地基湿陷的目的[1，3，10]。

5)孔内深层强夯法(DDC桩)，DDC桩作为一种新型地基处理方法，有利于增大桩与桩间土的摩阻力，提高黄土地基承载力，消除湿陷性，经济可靠[11-13]。

2 宁夏深厚湿陷性黄土概述

宁夏南部地区为湿陷性黄土地区，在行政区划上包括固原、西吉、彭阳、海原(东部)、同心等县市。根据中国湿陷性黄土工程地质分区略图，均属Ⅱ区，即陇东-陕北-晋西区，因地区土质而异的修正系数β0=1.2[1，14]。该地区湿陷性土层厚度较大，以8～20 m为主，部分高阶地地区湿陷土层厚度大于20 m，湿陷等级以Ⅲ～Ⅳ级[1]自重湿陷为主。

该地区湿陷性土层主要为浅层填土、新近堆积黄土和全新世黄土状土。土层成份以粉土为主，粉质黏土次之;颗粒成份以粉粒为主，其次为砂粒，黏粒含量较少。以海原县凤凰园岩土工程勘察数据为例，其粒径组成份及各项物理力学指标统计详见表1。

表1 粒径组成份及物理力学指标

以上数据中，砂粒含量平均值较高，接近30%，这与我国黄土湿陷性由南向北递减，砂粒含量递增的规律相符。土层的天然含水量平均值较小，低于10%，与含水量越低，湿陷性越强烈的规律相符。湿陷性土层中，填土和新近堆积黄土的含水量在一般情况下低于平均值，湿陷性系数较大，压缩性指标较差，为高压缩性土。

3 湿陷性地基处理原则分析

根据现行《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025—2004)，防止或减小建筑物地基浸水湿陷的设计措施，可分为下列3种：地基处理措施;防水措施;结构措施[1]。

规范中的强制性条文规定，丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。

单纯从地基处理角度考虑，将陷于安全性与经济性不能协调的困境中，在此需寻找困境中的突破方向。

为了弥补地基处理的不足，需在要综合治理上进行着力，以防水措施和结构措施对地基处理不足进行弥补，达到防止或减小建筑物地基浸水湿陷的目的。

4 综合治理方案

4.1 该地区建筑特点

由于宁夏南部地区经济发展较落后，大量住宅及公建以2～4层的丙类建筑为主，4层以上及高层建筑物较少。近年来随着经济水平和抗震设防要求的提高，建筑结构采用框架结构成为主流趋势。

相应于深厚湿陷性黄土地基处理难度较大的问题，此地区的低层建筑物地基处理矛盾尤为突出。由于湿陷性土层较为深厚，地基处理难度大，费用高，已成为该地区开发建设的一大制约因素。

4.2 常规处理方案对比分析

根据现行《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025—2004)，当地基湿陷等级为Ⅲ—Ⅳ级时，对多层建筑宜采用整片处理，地基处理厚度不应小于3.0～4.0 m且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量单层及多层建筑均不应大于200 mm[1]。

根据本地区湿陷土层的情况，最小处理厚度为基础下(基础埋深按1.50 m考虑)3.0～4.0 m时，下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量远大于200 mm。如地基处理方案达到现行规范关于剩余湿陷量的要求，则处理深度经常需要大于10 m，处理费用极高，难以达到经济与安全的统一，部分地基处理方案的排除分析如下。

1)强夯法

该地区土层的天然含水量以低于和接近10%为主，湿陷土层厚度较大，根据规范要求和场地情况，宜分层强夯并宜采用增湿措施。

低含水量且未采用增湿措施的湿陷性黄土场地，采用强夯法处理地基，强夯后预计处理深度内土层的湿陷性消除情况较差，影响深度较小，这在大量干硬性湿陷性黄土场地强夯处理地基检测中以被证明。如采取增湿措施或分层强夯，施工周期长，地基处理成本较高。

2)挤密法

采用此方案，布桩密度和处理深度均较大，部分地区采用当地机械尚达不到预计的处理深度。根据地区经验，在不采取增湿措施的情况下，桩间土不易挤密，很难达到消除湿陷的预计处理效果，必要时，尚需采用预钻孔以确保沉管达到预计深度。该方案增湿施工周期长，地基处理成本高于强夯法。

3)预浸水法

本方案可消除6 m以下地基土的湿陷性[1]，但耗水量较大，周期很长，且在浸水后，需待地基土含水量恢复至天然含水量后，在基础施工前进行补充勘察工作，重新评定地基土的湿陷性，并应采用垫层或其它方法处理上部湿陷性黄土层。该方案也存在增湿施工周期很长，综合地基处理成本较高的问题。

4)桩基础

该地区湿陷性土层厚度较大，具自重湿陷性，在自重湿陷性场地在单桩承载力计算时，不计入桩侧正阻力且尚应扣除桩侧负摩擦力，综合考虑，单桩承载力设计值较低，尤其在10 m内无密实非湿陷性土层时，在工程实践中不宜采用。

在综合考虑地基处理方案的可行性、施工成本和施工周期的情况下，对于低层建筑物，以上4个方案均不宜采用。若以其高额的地基处理费用作为分子，低层相对较小的建筑面积作为分母，则单位建筑面积的处理费用可达200～300元，建设和施工方均无法接受。

4.3 综合治理方案的提出

针对本场区工程建筑物特点和场地土层特点，由笔者提议，宁夏住宅建设发展(集团)有限公司于2008年7月27日聘请了中国湿陷性黄土委员会的有关专家，勘察、设计单位和海原县政府有关部门进行了专门论证。论证结论肯定了该地区工程项目突破现行规范的必要性和可行性，建议结合地区经验，采用垫层法部分消除湿陷性，同时采取严格防水措施和结构措施的综合处理方案。

同年8月12日，由笔者牵头组织，宁夏建筑施工图审查中心的结构、岩土专家，建设施工和设计单位代表对笔者推荐采用垫层法部分消除湿陷性，同时采取严格防水措施和结构措施的综合处理方案再次进行了专题讨论并形成了会议记要，本次专题会议确定的垫层法方案具体如下：

1)最小处理深度应达到基础下4.0 m，处理深度内的表层耕土、新近堆积黄土(Q24)和勘察后基础处理范围内填方形成的新填土均应挖除或进行有效处理。

2)应采用整片垫层，其处理范围应大于建筑物底平面的面积，超出建筑物外墙基础外缘的宽度，每边不应小于3 m。

3)应在存在渗漏可能性较大的渗漏源与拟建物之间采取侧向防渗措施，即在基础外一定距离内设置深度大于垫层处理深度的灰土侧向防渗墙，墙体厚度按0.50 m考虑，灰土墙体上部与垫层做为一体。

4)垫层可分为素土部分和灰土部分，其压实系数不应小于0.97;灰土垫层设置于垫层的上部，厚度不应小于1.5 m;灰土垫层中的消石灰与土的体积配合比，在基础下0.60～0.90m之间，应采用3∶7，灰土垫层的下部可采用2∶8。在垫层施工前，先采用重型碾压设备对开挖平面以下的地基土进行碾压处理。

5)垫层承载力可按140 kPa考虑，必要时，可进一步降低使用，尽可能减小基底附加应力。

6)采用垫层法部分消除地基湿陷性时，严格防水措施和结构措施应按有关规范执行，并应在设计、施工、使用和维护中严格执行现行《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025—2004)。

采用上述多项措施综合处理的垫层法部分消除湿陷性方案，可在具有较高安全保证的前题下，达到安全和经济效益统一的目的，可以在低层建筑中进行工程实践。

该方案中最小处理深度应达到基础下4.0 m，符合规范中强制性条文规定的丙类建筑应消除地基的部分湿陷量的规定，仅在消除地基的部分湿陷量的程度上有目的地减少。

最小处理深度应达到基础下4.0 m时，处理范围内的垫层在增大地基基础刚度的同时，作为防水措施的主体，结合整片垫层增大外放最小宽度、侧向防渗措施、设计和使用中的严格防水措施等，可有效减少地基浸水的概率。

方案中填土、新近堆积黄土等高压缩性土层均应挖除或进行有效处理，对基础下土层存在的湿陷性和压缩性均进行了考虑。

除了消除部分湿陷量和采取防水措施外，结构措施主要考虑了采用较低的垫层承载力，适当减小附加应力，在发生浸水湿陷时，最大限度地减少沉降量。另外建议根据规范规定采取必要的建筑设计和结构设计措施，排水、隔水结合，加强结构的整体性与上部结构和基础刚度。

5 结语

到目前为止，宁夏南部地区已有部分建筑物采用此地基处理方案。该方案以综合治理的角度出发，避开地基处理的难点，强化防水措施和建筑设计和结构设计措施，是一种安全性与经济性相协调的处理方案。

作为一名岩土工程师，深刻体会到现行规范的指导性、约束性和工程实践中的创新与突破应该是和谐统一的，突破后采取相应的措施是必要的。