湿陷性黄土地区大型水泥工厂地基处理

胡有清

（安徽海螺建材设计研究院有限责任公司，安徽 芜湖 241070）

水泥工厂建构筑物具有上部结构荷载大、地基承载力要求高、沉降要求较严格的特点。除了考虑结构自身的安全性及沉降外，还要考虑建筑的沉降对设备的影响。因此在湿陷性黄土场地建设水泥工厂，需要研究黄土的湿陷特性及其机理，针对其特性采取技术先进，经济合理的地基处理方法显得尤为重要。

1 湿陷性黄土的特性及湿陷性机理

1.1 黄土的特性

黄土或黄土地层是一种多孔隙和弱胶结，于第四纪干旱和半干旱的大气环境长期作用下，逐渐形成的一种堆积物，其结构较为松散。黄土表现出来的力学性质基本为湿陷性、振陷性和压密性。其工程性质同样取决于其形成原因、年代和埋深。老黄土体现出的工程性质是良好的，强度高，土质密实、几乎没有多大压缩性，也没有湿陷性；新黄土强度一般，有湿陷性或严重的湿陷性；而新近堆积出来的黄土，其强度特别低，土质也很松散，有很大的压缩性，湿陷性变化范围大。

1.2 黄土的湿陷性机理

湿陷性黄土里面的孔隙既有粒间孔隙，也有肉眼可见的大孔隙。在大自然活动（主要指动植物活动）期间，往往会对大孔隙孔壁造成的挤压，而使其变得更加密实、更加稳定。颗粒间的孔隙，往往其直径会比土的颗粒或颗粒集合体的直径略大一些，在所有孔隙当中，占据了80%左右的体积。土体结构在出现湿陷时，一定会被破坏掉，同时粒间孔隙也会改变、大幅度减少甚至可能会消失，即黄土中孔隙的存在给土颗粒的移动创造了条件。故而可推断黄土的整体强度跟其土体结构之间有密切的联系，黄土在遇到水发生湿陷的时候，其结构状态必然会跟湿陷变形一起发生改变，而黄土一旦开始湿陷，其粒间孔隙必然会被破坏，土颗粒也会出现滑移，这都是必经过程。

2 湿陷性评价

2.1 湿陷性黄土的评价

针对黄土判定其湿陷性的时候，需要按室内饱和浸水压缩实验，测定在某一压力下的黄土湿陷系数δs。若系数超过0.015，则判定该黄土为湿陷性，若系数在0.015以下，则判定该黄土为非湿陷性。

2.2 是否自重湿陷性的评价

按照湿陷形式黄土的湿陷性又可以分为一种自重湿陷性和一种非自重湿陷性。所谓的自重湿陷性指的是黄土的湿陷性，是因上覆土受水浸湿后，由其自重压力引发的湿陷。建筑场地属于哪一种类型的湿陷，需要按实测△zs或通过室内压缩试验得到的一系列△zs，经过累计计算来判定。△zs不足70mm时，可将其判定为非自重湿陷性，若是△zs超过了70mm，就应该判定为自重湿陷性。

2.3 等级判定

等于湿陷地基具体属于什么湿陷等级，应按湿陷量的实测值跟计算值等因素，按表一判定。

湿陷类型

表一 湿陷等级划分

3 选择处理地基的方法

要处理湿陷性黄土地基，可以选择的方法较多，不同的地区，根据不同的地基土质和不同的建（构）筑物，地基处理应选用不同的方法。在地质勘察阶段，经过现场取样，根据试验数据并结合工程经验进行分析，判定湿陷性黄土层的湿陷类别、埋深、厚度及湿陷等级后，通过技术分析，在对工期要求、造价限制，还有工艺及设备要求、环境保护等多方面的因素纳入综合考虑后，最终选择一种最优的地基处理方法，经过比选后，确保处理后的地基满足结构的承载力和变形要求。

本文以西北某水泥厂4500t/d水泥熟料生产线工程为例介绍在湿陷性黄土地区大型水泥工厂的地基处理。

根据地勘资料，场地属黄土地区，上部上更新统新黄土及古土壤均具自重湿陷性，湿陷性黄土深度11.23～27.20m，对场地影响较大。湿陷性地层主要为上更新统1新黄土、1-1黑垆土、1-2古土壤、2新黄土、2-1古土壤、中更新统3老黄土、3-1古土壤、4老黄土、4-1古土壤、5老黄土、5-1古土壤、6老黄土。总湿陷量介于12.88～152.74cm，自重湿陷量介于7.72～75.96cm，属Ⅲ级（严重）～Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地。地基土承载力特征值fak=150～230（kPa）。

按《湿陷性黄土地区建筑规范》来看，水泥工厂大部分建筑属于乙、丙类建筑。乙、丙类建筑一定要把地基的湿陷量降低到一定范围内（规范强条）。

由于水泥工厂大部分建构筑物地基承载力要求高，且地基土层湿陷量远远超过规范要求，根据表二可知，垫层法及强夯法已无法满足要求，而挤密法因地基处理超过15m时拔管困难，经经济技术比较，选择DDC技术（孔内深层强夯桩法）对地基进行处理，以消除湿陷性，实现提高地基承载力的效果。

本项目DDC工法成孔机械选用长螺旋钻机或电动洛阳铲，钻孔直径400mm；孔内分层填入2：8灰土，重锤夯扩至550mm桩径，锤重不小于1.50t。

通过静载荷实验对厂区内各单体工程的地基承载力进行检测，均能满足达到设计要求的承载力；通过土工实验，桩长范围内的湿陷性均已消除。厂区内部分单体工程的地基处理设计情况见表二。

表二 某水泥工厂部分单体工程地基处理要求

在湿陷性黄土区建设水泥工厂，通过DDC工法处理地基，不仅可达到350kPa甚至以上的承载力，而且在处理范围内的土的湿陷性可以完全消除。能够满足水泥工厂中绝大部分单体工程的地基承载力及沉降要求。

4 结语

通过对湿陷性黄土特性及湿陷机理的了解，可以“对症下药”，找到把地基当中的湿陷性成功消除的方法，从而提高地基的整体承载力，通过工程验证，又可以为以后解决工程问题积累经验。湿陷性黄土地区水泥工厂的设计，不应仅仅从地基处理单方面去防止或减小建筑物地基浸水湿陷，还应采取防水措施和结构措施，多管齐下，综合治理。