浅谈黄土高原湿陷性黄土地基处理方法

杨锦行

一、湿陷性黄土的概念与分布

黄土是在干旱或半干旱气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土，是一种常見的特殊地基。在我国分布范围很广，北始于陕西白于山，河北燕山，南至于甘肃岷山、陕西秦岭和河南熊耳山、伏牛山，自北而南呈戈壁、沙漠、黄土逐渐过渡;西起祁连山，东至太行山，包括黄河中下游的环形地带。其中属黄河中游的黄土高原地区分布最为集中、面积最大、厚度最深，是我国黄土分布的中心，主要集中在甘肃、陕西和山西省的大部分地区，分布面积占全国黄土面积的72%以上，最大深度达到200m以上，且大部分黄土具有湿陷性。这些黄土在天然含水量情况下一般呈坚硬或者硬塑状态，但遇水浸湿后，在上覆土的自重应力作用下，或者在上覆土的自重应力与外荷引起的附加应力的共同作用下，土的结构迅速破坏并产生显著附加下沉，我们把这类黄土称为湿陷性黄土。按照土体承受的作用力，通常又把前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土。

二、黄土湿陷性的判定

黄土是否具有湿陷性，以及湿陷性的强弱程度如何，应按原状试样在某一给定的压力作用下土体浸水后的湿陷系数δs来衡量。按照湿陷系数的大小，黄土湿陷性评价为：当δs<0.015时，为非湿陷性黄土;当δs≥0.015时，为湿陷性黄土。而黄土湿陷的类型则由自重湿陷量△zs来判定，当△zs≤70mm时，定为非自重湿陷性黄土;当△zs>70mm时，定为自重湿陷性黄土。按照湿陷量的计算值，湿陷性黄土的湿陷性可划分为Ⅰ（轻微）、Ⅱ（中等）、Ⅲ（严重）、Ⅳ（很严重）四个等级。

三、湿陷性黄土地基处理的方法

湿陷性黄土地基处理的主要目的是为了消除黄土的湿陷性，但往往同时也提高了黄土地基的承载力。常用的地基处理方法有以下几种：

1、垫层法

垫层法根据选用的材料类型，可分为黏性土垫层法和灰土垫层法。粘性土垫层法是最为常用的地基处理方法，具体做法是将基础下的湿陷性土层全部或者部分挖出，再将基坑用就地挖出的粘性土分层回填夯实。工程实践表明，采用整片土垫层法处理湿陷性黄土地基，施工工艺简单，处理效果好，机械作业工期短。灰土垫层法是将石灰与湿陷性黄土按照特定的比例混合均匀，然后分层铺设并夯实。此法施工简便，工程造价低，质量指标易控制。按照基地处理要求科学合理选用，如果仅要求消除地基下湿陷性黄土的湿陷量时，可考虑采用土垫层进行处理;如果同时要求提高垫层的承载力和水稳定性时，则须考虑采用灰土垫层进行处理。

2、土桩或者灰土桩法

用机械、人力或者爆扩等技术成孔后，再以最优含水量的素土或者灰土回填，并分层夯实成桩的方法，称为土桩或者灰土桩法。该法的处理深度一般为5～15m。土桩或者灰土桩法适用于地下水位以上且土的饱和度sr<65%的湿陷性黄土地基。如果仅仅是为了消除地基土的湿陷性，可考虑使用土桩;但如果要求同时提高地基承载力，则往往使用灰土桩。

3、强夯法

强夯法是利用机械设备将几十至上百吨的重锤起吊到一定高度处后让其自由落体，对土体进行反复动力夯击，使土体迅速固结，降低其压缩性，消除其湿陷性，达到提高其强度的目的。强夯法具有施工简单、效率高、工期短，对黄土湿陷性消除的深度较大等优点，缺点是施工噪音大，公害显著，单位面积夯击能量小。

4、重锤夯实法

重锤夯实法是将20～30kN重的夯锤以4.0～6.0m的落距对天然地基表面进行反复夯击，在夯实层的范围内，土中孔隙减少，其物理、力学性质获得显著改善，并使得地基承载力得到提高。采用重锤夯实法，一般可消除1.0～2.0m深度内黄土的湿陷性。

5、夯坑基础法

夯坑基础法是将与基础形状相同的重锤沿导向架提升到3～8m的高度，然后自动脱钩下落锤击地基，形成深度为0.6～3.0m的锤形夯坑，再在坑内布置钢筋、浇筑混凝土，形成夯坑基础的一种方法。由于这种施工工艺在处理地基的同时形成了基坑，省去了开挖基坑和立模板的工序和材料，故省工、省时、省料。

6、预浸水法

预浸水法是在修建建筑物前预先对湿陷性黄土地基进行大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下发生自重湿陷，产生压密，从而达到消除全部黄土层的自重湿陷性和深层土层的外荷湿陷性的目的。具有操作简便，处理范围广、深度大等优点，是一种比较经济有效的处理方法。但该方法的缺点是用水量大，工期长。

7、钻孔夯扩桩挤密法

钻孔夯扩桩挤密法又称为孔内强夯法、渣土桩法、深层孔内夯扩桩法。他是先成孔，再向孔内分层回填建筑垃圾、渣土、素土或灰土，然后利用尖底或者弧形底锤以较高的落距向孔内夯击，锤底以辐射状近似半椭圆球形分布的动应力冲击挤压土体，从而加强土体，在消除土体湿陷性的同时提高地基的承载力。钻孔夯扩桩挤密法对地基的处理深度较深，可达20m左右，且无地下水位的限制。由于该法可将地基处理和消纳建筑垃圾（或渣土）相结合，因而是一种经济、有效、环保的地基处理方式。

8、桩基础法

桩基础法处理地基的机理是采用挖孔、钻孔等方法穿越湿陷性黄土层成桩，使上部荷载通过桩尖传到下部的持力层中去，这样即使地基受水浸湿也不会发生湿陷，是一种比较传统的基础形式。常用的有静压桩、打入式预制桩和就地灌注桩。在湿陷性黄土地区，采用打入式预制桩时，一定要选择可靠的持力层，而且要考虑黄土在天然含水量时对沉桩的摩阻力较大，尤其当黄土中还有一定数量的钙质结核时，沉桩较为困难，甚至达不到预定标高。桩基础法安全可靠，施工速度较快，即使在地基浸水时也能确保不发生湿陷事故，但其缺点是耗用钢材、水泥较多，造价较高。

四、湿陷性黄土基地处理在水利工程建设中的应用

近年来，湿陷性黄土地基处理在水利工程建设中已被广泛使用，取得了良好的效果，有了一定的施工经验。近两年比较典型的案例有庆阳市马莲河水利枢纽工程和盐环定扬黄续建甜水堡调蓄引水工程。马莲河水利枢纽工程是国家172项重大水利工程之一，其主要建设内容贾咀水库和砚瓦川水库地质条件基本类似，坝线处河道主河床岩石出露，两侧覆盖层较薄，为河漫滩和一级阶地，主要由Q4黄土和第四系全新统河流冲洪积物组成，左右岸均为马兰黄土和离石黄土。Q4黄土、马兰黄土和离石黄土上部均具有湿陷性，且均为自重湿陷性黄土，厚度分布不均，在10m～39m不等，湿陷性具强～轻微不同等级。鉴于湿陷性黄土范围及厚度均不大，地基处理设计中将两岸的湿陷性黄土全部挖除，同时将河漫滩和一级阶地全部挖除，从根本上消除了黄土的湿陷影响。甜水堡调蓄引水工程是盐环定扬黄续建项目中新谋划建设的一座调蓄引水工程，其坝址区黄土具有轻微～中等湿陷性，湿陷等级为Ⅰ级（轻微）非自重湿陷～Ⅱ级（中等）自重湿陷，湿陷深度为4～6m，最大深度10.3m，根据黄土湿陷性及工程经验，设计将基地以上黄土挖除，基底以下采用强夯等工程措施进行处理，以消除黄土的湿陷影响。

（作者单位：745000甘肃省庆阳市水利工作总站）