浅谈湿陷性黄土的地基处理

2019-09-08陈俊璋刘琼

价值工程 2019年21期

陈俊璋刘琼

摘要：我国黄土分布广泛，其中60%左右为湿陷性黄土。由于建设规划及施工条件限制，大量工程均处于湿陷性黄土地基范围内，必须采取相应的措施对其进行处理。本文以宁夏地区地质条件为例，浅谈湿陷性黄土地基的处理方案，对不同的方案和需要考量的问题进行分析，为以后的建设工程提供思路。

Abstract： China's loess is widely distributed， of which about 60% is collapsible loess. Due to construction planning and construction conditions， a large number of projects are within the scope of collapsible loess foundation， and corresponding measures must be taken to deal with them. Taking the geological conditions in Ningxia as an example， this paper discusses the treatment scheme of collapsible loess foundation， analyzes different schemes and problems that need to be considered， and provides ideas for future construction projects.

关键词：黄土;湿陷性地区;地基处理

Key words： loess;collapsible area;foundation treatment

中图分类号：TU444 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）21-0252-03

1 湿陷性黄土概述

密度大但是整体结构不稳定的黄土，在覆盖土层自重应力作用下或自重应力和附加应力共同作用下，因为受到雨水等液体浸湿后，土的结构被破坏，导致土体明显下沉。这就是湿陷性黄土的形成原因。据我国相关规定（GB50025-2004）附录A中所给出的相关分区略图（图1、图2）显示出我国这一地质特性分布较广，面积多达60多万km2，主要分布晋、陕、甘大部分地区和豫西部。此外鲁、宁、青、新、冀及蒙等地也有部分分布。

研究证明，湿陷性黄土分布地区降水少，蒸发量大，土体间的水分逐渐减少、盐分逐渐析出并在其表面凝结成固体，被雨水等液体浸湿后，会导致粘合力消失，发生显著沉降现象。湿陷性黄土或为黄土粉状土，或为粉质粘土。黄土粉状土通常为黄褐色，颗粒含量多，内多含植物根茎，多孔洞，无层理;粉质粘土多为灰黄色，基本无硬质颗粒。由于黄土所表现出来的湿陷性，作为天然地基不满足承载力、变形及渗透的要求，无法保证建筑物的稳定性，甚至建筑物结构被破坏产生倾斜甚至倒塌，必须对其进行加固形成人工地基。

2 宁夏地区条件概述

宁夏地处我国湿陷性黄土分布范围内，根据表1所示宁夏大部分地区属于陇东-陕北-晋西区（Ⅱ区），该地区自重湿陷性黄土厚度较大，以8～20m为主，部分高阶地厚度大于20m，地基湿陷等级一般为Ⅲ-Ⅳ，湿陷性较敏感[1]。该地区土层主要以浅层填土、新近推挤土和黄土状土构成，成分以粉粒为主，其次是沙粒[2]。本地区经济较全国平均发展水平滞后，除少量甲类建筑物外、大量住宅多以乙类或丙类建筑物为主。近些年来国家与人民对于建筑的要求，框架-剪力墙结构成为了首选优选，只是相应的地基处理难度加大。为了弥补地基处理的不足，同时考虑到如何将安全与经济统一协调，就需要从方案上寻找突破点。

3 湿陷性地基的处理原则与方案

根据现行国家规范，原则上可从三种角度入手防止或减少建筑物地基浸水湿陷：改善地基，提高土的承载力;将诱因去除对于地基进行防水措施;改善上部建（构）筑物的结构，增加其结构的稳定性。根据有关规定，处于自重濕陷性黄土场地的乙类建筑地基处理厚度应≧湿陷性黄土深度的2/3，且下部未处理的剩余湿陷量应≦150mm;丙类建筑在地基湿陷等级为Ⅲ-Ⅳ，对多层建筑宜采用整片处理，处理厚度分别应≧3m或4m，且下部未处理的剩余湿陷量，单层及多层应≦200mm[1]。根据本地区情况，最小处理厚度为基础下3～4m时下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量远大于规定要求，常见的湿陷性黄土地基处理方法见表2。

3.1 垫层法

垫层法压实机理是在压实能量下，土体间颗粒物克服粒间引（阻）力，产生相对移动，使土体间孔隙减小，密度增大。压实效果主要取决于土体间含水率和压实能量，因此在压实过程中，如果含水率低，粒间引（阻）力较大，压实能量不能克服粒间引（阻）力而产生位移，压实效果就会较差，若此时增加土体间含水率，结合水膜逐渐增厚减小引（阻）力，在相同压实能量下就会产生较好的效果，但含水过多孔隙间出现了自由水，此时结合水膜的扩大作用就会减弱，在同等压实能量下，因为自由水附着在土体孔隙间水分不易排出，反而造成了压实效果又有所减弱。

此方法一般是人工作业，不被专业工器具限制，所以适用于各种地形，垫层廉价且简便，同时因为他较好的抗水防渗性还去除了诱因，适合宁夏地区进行使用，同时也适用于软土地基（强度低、压缩性大、渗透性差、固结速度慢），寒冷地区（易产生毛细管现象）膨胀土地基（吸水膨胀、失水收缩的特种粘性土），暗浜和暗沟的建筑场地（土质松软、均匀性差、有机质含量较高）。该法应符合≦3m的垫层，施工质量控制压实系数λc≧0.95;>3m的垫层部分施工质量控制压实系数λc≧0.97。

3.2 强夯法

强夯法加固机理分为三种情况：动力夯实、动力固结和动力置换。共同特点是破坏土体天然结构，达到新的稳定状态。其中动力夯实是指在巨大的外部夯实能量和动应力下，使颗粒破碎或产生位移、孔隙减小、密度增大，形成较密实结构。动力固结是指在夯击能卸去后，土体间孔隙中的水压力随着时间的迁移而消散，土体排水固结，同时颗粒进一步靠近，逐渐形成新的连接，强度也随之提高，达到加固的目的。动力置换分为整式置换和桩式置换，前者类似于垫层法，后者类似于碎石桩法。

宁夏地区的土层含水量≦10%，湿陷性黄土土层厚度较大，根据国家标准应分层强夯并采用增湿措施。本身低含水量且没通过增湿的场地，使用此法消除湿陷性情况较差且影响深度小，而且处理成本过高。本法同时适用于饱和软土地基。

采用强夯法，消除量应根据试夯测试结果确定，可按表3进行预估。

3.3 碎石桩法

碎石桩法加固机理主要体现在三方面：挤密振密作用：沉入桩管时，对周围土体产生巨大横向挤压力，桩管将地基中等同于桩管体积的土颗粒挤向周围的土体间，使其孔隙减少密度增大，达到目标;排水减压作用：碎石桩加固的地基，桩中填充的碎石形成良好的排水通道使得地基中超静孔隙水压力的减少避免土体液化，同时消除孔隙水压力加快土体固结;减振抗震作用：由于碎石桩桩体强度大于桩间土强度，在荷载作用下应力向桩体集中，减小桩间土的剪切力，达到减振效果。

此方法应对甲、乙类建筑或缺乏建筑经验的地区在有代表性的地区进行试验性施工，实验结果应满足实际要求，在进行地基处理施工，处理深度宜为5～15m部分地区采用当地工器具无法达到预计处理深度。大量实验和实例证明该方法不论是消除土的湿陷性还是提高土的承载力都是有效的，但是根据地区经验，在不增湿下，桩间土不易挤密。该方案增湿周期长，经济成本高于强夯法。本法同时适用于黏性土地基和松散沙土地基。

4 工程案例分析

4.1 工程概况此工程地基的湿陷性

该工程位于宁夏回族自治区南部同心地区，土样呈黄褐色，土质疏松，具有大孔隙，天然含水量较小，多处于硬塑状态，土样pH=8.6，全盐量为2307.95mg/kg，土体中溶盐石膏（CaSO4）的含量最多，易溶盐含量次之，难溶盐碳酸钙（CaCO3）含量较少。土体中易溶盐和中溶盐的含量高，湿陷性大。对土体进行正交试验，实验结果见表4[4]。

4.2 湿陷性指标—湿陷系数与压力关系

湿陷性指标用δs表示湿陷性系数，湿陷性系数也被称为湿陷系数，其用来评价黄土的湿陷性程度、湿陷性黄土、非湿陷性黄土指标。

其中hp—为保持天然含水率和结构式样，加压至一定压力下沉稳定后的高度（cm）;

h′p——为上述加压稳定后的土样在浸水作用下，下沉稳定后的高度（cm）;

h0——为土样的原始高度（cm）。

黄土的湿陷性程度的大小分为三类：①当0.015≦δs≦0.03时，湿陷性轻微;②当0.03<δs≦0.07时，湿陷性中等;③当δs>0.07时，湿陷性强烈。

其判断标准时：δs≧0.015时，定为湿陷性黄土;δs<0.015时，定为非湿陷性黄土。

湿陷起始压力是在黄土浸水饱和后压缩变形达到δs=0.015时的最小压力值。之后的湿陷系数与压力的关系详见图3。

4.3 结合处理方案的处理结果

根据上文所列湿陷性地基的处理原则与方案，结合本工程实例与实际地质与经济情况，本文选择垫层法进行模拟处理，处理后整体土质条件有了明显改观，土体湿陷系数δs有了明显的减少，为整个工程的安全与造价提供了巨大的改善。

5 结论

以上三种方案中，垫层法主要提高承载力、减小地基变形、加速土层排水固结以及消除湿陷作用、使用范围较广;强夯法设备简单、工艺简单、提高承载力、适用土质广、加固效果显著、变形沉降量小、功效高和节省加固原材料;碎石桩法主要提高地基承载力、减少变形和增加抗液化性。