自重湿陷性黄土地基处理的施工方法

石添著

(甘肃省民航机场集团有限公司 甘肃 兰州 730030)

0 引言

随着我国经济发展水平的不断提升，对于基础设施建设领域投入了更多的关注。作为其中重要的组成部分，机场建设对于拉动区域经济发展发挥了十分关键的作用。然而对于我国的西北地区来说，进行机场工程建设往往就需要面临处理自重湿陷性黄土地基的问题，这在很大程度上提升了工程建设难度，一旦处理不当就容易发生失稳、变形的情况，因此有必要做好处理和预防措施，有效提升机场的结构质量。

1 自重湿陷性黄土概述

1.1 概念

湿陷性黄土主要指的是土层在受到上覆土层自重应力以及自重应力附加应力的作用下出现结构破坏，同时在土层浸水之后还会进一步出现相应的附加变形。湿陷性黄土的土质较为特殊，在我国西北、华中等地区的分布较为普遍，而自重湿陷性黄土就是湿陷性黄土中的一种。值得注意的是，如果黄土存在的时间较长，也会存在湿陷性消失的情况。

1.2 地质特点

自重湿陷性黄土在自重以及附和压力的影响下，会出现较为明显的下沉的情况，同时因具有较为敏感的湿陷性，因此被称之为湿陷性黄土。当前，湿陷性黄土层的特点主要体现在以下几方面：第一，自重湿陷性黄土中酸碱盐的成分比较突出，同时氯化物以及硫酸盐等物质也有较大占比。在这样的情况下，自重湿陷性黄土的颜色较为单一，以黄褐、棕黄为主。第二，自重湿陷性黄土上一般会存在一定的空隙，同时部分空隙的尺寸较大。第三，自重湿陷性黄土中往往含有一定的矿物质。第四，湿陷性黄土中粉土颗粒的成分较多。第五，自重湿陷性黄土具有十分敏感的湿陷性，同时其表面存在垂直节理。自重湿陷性黄土在受到自重压力之后会产生下陷的问题，同时其产生也是需要一定条件的。结合研究结果来看，自重湿陷性黄土的产生需要在黄土层下深埋较长的时间。如果具备黄土层较厚、降水量较少以及地下水位较低等因素，那么势必会产生相应的自重湿陷问题。

1.3 危害

自重湿陷性黄土具有一定的特殊性质，在受到一定压力的时候，如果浸水就会导致土层结构在短时间内出现破坏，进而导致土层下降。自重湿陷性黄土在受到上覆自重压力以后，其发生的湿陷变形与附加下沉大多是不均匀的，从而也就会造成失稳型的地基变形。在出现变形之后，两个小时之内就可能会达到30cm的变形量，而这样速度快、规模大以及不均匀的变形往往会给工程项目带来十分不利的影响，在严重的时候还会造成建筑物倾斜、承重结构开裂以及机器设备基础损坏等。因此在实际开展湿陷性黄土场地项目建设的时候，应对其不均匀沉降情况进行严格控制，最大限度地降低地基受水侵蚀的可能性，并采取严格的地基处理措施，从而减少自重湿陷性黄土地基沉降对工程项目造成的危害。

2 自重湿陷性黄土地基处理的有效技术

2.1 地基处理技术原则

自重湿陷性黄土在受到外部环境因素影响的时候往往会出现湿陷性敏感以及强度降低等问题，对于工程建设的顺利开展将会产生不利影响。在这样的情况下，应在工程项目开展的前期阶段，结合工程项目对地基承载力的具体要求选择较为合理的湿陷性黄土地基处理方法，进而为地基承载力以及项目使用寿命的提升提供安全保障[1]。为尽可能减少自重湿陷性黄土地基对于项目的不利影响，相关建设人员应根据工程项目地基的具体情况进行分析，并结合工程实际制定出完善的施工方案。具体来说，应参照的技术原则主要涉及到以下几方面：第一，应遵循因地制宜的原则，确保施工方案可以和工程项目地段特点与施工要求相适应，同时加强对多种影响因素的综合考虑，进而提出科学的地基处理方法。第二，应保证相关处理技术的安全性与可靠性，建设人员在应用技术方法的时候，既要确保满足施工方案要求，又要提升整体流程的简便性，保证在处理之后可以提升地基的稳定性，并延长其使用周期。第三，在对湿陷性黄土层进行处理的时候，应确保其处理的完善性，尽可能减少湿陷量剩余，保证各个技术流程符合相关技术标准及相关规范要求。

2.2 地基处理总体思路

通常情况下，湿陷性黄土往往存在与较为干燥的区域环境下，在天然气候的影响下，黄土层中粉颗粒、矿物质以及盐类物质会更加紧密地粘连在一起，进而在一定程度上提升了黄土地基的强度。然而一旦出现降水或遇到地下水，黄土地基结构就会受到水的影响，造成粘连组织出现软化现象，同时其紧密结构也会因为空隙而变得更加松散，造成地基强度会在短时间内突然下降。在这样的情况下，如果受到一定的压力作用，土层结构将会进一步被破坏，进而出现严重的沉降现象。在提出地基处理技术方案之前，需要对黄体地基的实际情况进行综合分析，由于自重湿陷性黄土层是长时间在干旱气候因素下经过风积所形成的，那么其承受压力与水分融合的能力势必会比较低，同时还具有湿度低、紧密性差、结构疏松、孔隙大的特点，在这部分特点的综合影响下，湿陷性黄土的湿陷率将会进一步提升[2]。对于这样的问题，相关建设人员开展自重湿陷性黄土地基处理的时候应提升对其类型特点的适应性，进而有效采取合理的解决方法。当前，黄土地基处理过程中比较常见的方法包括强夯处理法、换填法、挤密加固法等，保证在开展施工之前可以最大限度地降低黄土的湿陷性，促进地基承载力、安全性与稳定性的提升。

2.3 地基处理具体方法

2.3.1 换填垫层法

换填垫层法是现阶段处理自重湿陷性黄土地基过程中较为常见的一种方法，其主要可以分为灰土垫层法以及素土垫层法。换填垫层法的应用原理在于将湿陷性黄土地基处理范围内的湿陷性黄土挖出并进行筛选，然后将灰土、素土或一定比例的混合土回填进去，进而提升垫层湿度、强度以及隔水性。与此同时，应保证在回填过程中可以通过分层的对地基进行夯实，通过孔隙率较小的回填土来提升整体地基的密实程度，实现对变形的有效控制。换填垫层法的应用优势在于，分层压实的操作工艺可以有效降低地基结构的湿陷性与渗透性，对于防止地基沉降变形起到十分良好的效果。而且采用换填垫层法还具有操作简单、流程便捷的优势，而在湿陷性黄土地基处理中还可以进一步提高地基承载力和稳定性。但是换填垫层法的应用也有一定的局限性，其处理范围有限，因此在黄土湿陷性范围较小的时候可以采用这种方法。

2.3.2 强夯处理法

除了换填垫层法以外，强夯法也是当前机场工程中进行地基处理较为常用的方法，同时在消除黄土的湿陷性、提升湿陷性黄土方面发挥了十分关键的作用。现阶段，强夯法凭借其在经济性、高效性方面的优势得到了较为广泛地应用，其应用原理在于通过重锤自由落体而产生的冲击波压缩土层结构空隙，同时将其中的水和气体排出，促进土体固结，进而有效提升地基的承载力，减少黄体湿陷性对于工程建设的不利影响。通常情况下，强夯法应用于对处理区域的整片处理，相关建设人员在施工之前需要先对夯实点、夯实范围以及重锤落距进行调整，保证其设置的合理性。这样有助于提升重锤夯实法的应用效果，不仅可以扩大压实范围，同时还可以加大其击实深度。值得注意的是，夯实法的应用对于土层含水量以及土层厚度有着一定的要求，其土层厚度应控制在3～6m左右，而黄土饱和度则需要在60%以下。经过强夯法处理之后，土层的抗水性和抗震性会在一定程度上变弱，因此需要配合以合理的排水措施[3]。随着科学技术水平的提升，当前在湿陷性黄土地基处理中应用强夯法的时候可以更多地使用高分子材料，进而不仅可以显著削弱湿陷性，还可以促进地基承载力与稳定性的提升。结合机场道路工程的实际情况来看，强夯法大多应用在道槽区、营房区、放坡区等区域的施工中，同时根据黄土厚度的不同，强夯的方法也存在差异。其中，在5m以内的区域采用2000kN.m能级强夯两次；9m以内的区域采用6000kN.m能级强夯两次，最终再用1000kN.m能级强夯一次。机场道路施工区域在经过强夯法处理之后，有效深度范围内的孔隙减少20%、密度提高14%、湿陷性全部消除，进而大大提升了整体的地基承载力。强夯法的应用优势在于施工方法简便且效果突出，可以在短时间内提升地基的承载力[4]。与此同时，相较于其他方法，强夯法的成本投入很少，可以显著提升整体工程的经济效益，因此也在我国黄土地区工程建设中得到了较为广泛地认可与应用。然而强夯法的弊端在于其只适用于面积大且地形开阔的机场湿陷性地基处理，对于地形狭窄、地质条件复杂的区域则难以起到良好的应用效果。

2.3.3 灰土挤密桩法

灰土挤密桩法的应用原理在于通过打桩机锤击形成相应的孔洞，再将由灰土夯实而成的灰土桩回填到孔洞中，在此过程中，灰土挤密桩位置的土层在受到锤击挤压作用之后会进行横向运动，从而带动区域整体土层密度的提升，因此采用灰土挤密桩法可以有效起到消除湿陷性、提高地基承载力的作用[5]。相较于强夯法等处理技术，灰土挤密桩法最大的差异在于由竖向加密转变为横向加密，通过在地基土层中形成打桩孔并夯实的形式可以最大限度地提升地基土体密实程度。灰土挤密桩法的应用优势在于，该方法可以改变土层的工程物理性质，因此可以扩大湿陷性的消除范围。但其弊端在于整体的工艺操作比较复杂，使用该技术还造成成本投入的增加，再加上对地基土含水量有一定要求，在含水量较少的情况下需要先进行增湿处理。

2.3.4 预浸水法

通常情况下，在对自重湿陷量在五百mm以上、黄土层厚度在10m以上、深度在5m以上区域进行处理的时候就可以使用预浸水法。预浸水法是最早应用到自重湿陷性黄土处理中的方法之一，我国开展对于预浸水法应用的研究是在上世纪六十年代初。顾名思义，预浸水法就是在施工之前先对黄土地基进行浸水处理，在其土层结构相对固定的基础上再进行压密，从而有效避免施工后期受到降雨以及浸水的干扰。在实际应用预浸水法之前，需要先对相关设计参数计算方法进行判定，进而提升该方法的适用性和合理性。实践表明，预浸水法对自重湿陷性黄土地基处理可以起到十分良好的效果。该方法的优势在于施工流程便利且成本投入较小，但是使用预浸水法需要较长时间，因此会对工期造成一定影响。而且浸水过程对于工艺技术的要求较高，并且会造成大量水资源的浪费，因此预浸水法的应用范围并不是特别广泛。

3 结语

综上所述，加强机场等基础设施建设是促进西北地区经济发展的重要举措，然而在实际开展施工的过程中往往会因为自重湿陷性黄土地基而限制工程的顺利开展。自重湿陷性黄土受到压力作用与浸水之后，其承载力与稳定性将会大大降低，进而出现相应的沉降问题。因此在进行施工的时候，应充分加强对自重湿陷性黄土的研究与处理，通过灵活运用换填法、强夯法等，提升地基的承载力与安全性。