湿陷性黄土地基处理方法研究

赵旭东

（甘肃海威公路勘察设计有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

湿陷性黄土是一种比较常见的工程地质条件，黄土在遇水浸湿后，会出现增湿软化的情况，对于整体强度会造成一定的影响。一旦出现附加压力，或者是土的自重压力作用，就会湿陷变形，不仅下沉量巨大，而且下沉速度极快。在黄土结构当中，粗粉粒和砂粒起着至关重要的支撑作用，然而在湿陷性黄土当中砂粒的含量非常少。天然状态下，砂粒和粗粉粒在胶结物的作用下，会使湿陷性黄土保持一个较高的强度，但是在遇到水之后，胶结物会软化，黄土的强度便会显著下降，最终造成湿陷。

湿陷性黄土本身具备湿陷的性质，如果在没有任何处理措施的地基上直接开始工程建设，就会导致建筑物出现不均匀沉降，产生严重的安全隐患。因此在工程施工开始之前，需要通过相应的措施优化改善湿陷性黄土的性状，提升黄土的稳定性，避免其发生湿陷的情况，全面消除黄土湿陷的情况，对于工程建筑来说具有非常重大的安全意义。

1 湿陷性黄土的主要特征

湿陷性黄土在颜色上主要呈现为黄褐、灰黄、棕黄、褐黄色，土壤当中的含盐量比较大，碳酸盐的含量尤其突出。土壤当中的粉土颗粒含量较大，大孔性明显，整体呈现一种松散的结构状态，无层理，天然的剖面则表现为垂直节理，遇到水就会产生湿陷的现象。在分布上，湿陷性黄土主要集中在我国的西北、华中以及华东地区，东北地区也有少量存在。

据相关研究数据显示，我国湿陷性黄土的容重为1.2～1.9g/cm3，天然含水量为7%～23%，孔隙比为0.78～1.50，液限为21.7%～32.5%，塑性指数为6.7～13.1。

2 黄土湿陷的主要影响因素

导致黄土湿陷的影响因素较多，主要的影响因素有黄土的形成时代、密度、粘粒（土壤粒径小于0.002mm或2μm 之土粒者）含量、孔隙性、形成过程以及含水量等等。

（1）形成时代：一般来说，从黄土地层的整体剖面来看，地表由上到下，第一层是中等湿陷层，第二层是轻微湿陷层，第三层及以下的黄土没有湿陷层，三层的分布不均匀。

（2）密度：黄土的密度相对较小，密度越大的话，土壤的密实性就越强，孔隙减小，黄土的湿陷性也就随之变弱。

（3）粘粒含量：黄土中的粘粒含量越小，代表黄土的湿陷性越强，与此相反，湿陷性弱的黄土当中粘粒含量是比较多的。

（4）孔隙性：黄土的孔隙性包含开孔隙和闭孔隙，其对于湿陷性的影响，是工程建设相关人员重点关注的问题。黄土的孔隙性越大，湿陷性就增强，土壤的稳定性也会相应下降。

（5）形成过程：在黄土的形成过程中，时间的长短，掺水的次数等都关系到黄土湿陷性的强弱，影响黄土的稳定性。在处理湿陷性黄土时，只有明确黄土形成的具体过程，才能够做到有的放矢。

（6）含水量：正常黄土的含水量是比较少的，平均的含水量在10%到30%之间。处于饱和状态的黄土一般都不具备湿陷性，在持续性的外力作用下，黄土的结构强度不会产生明显的变化，但是随着黄土含水量的增加，其结构强度会发生变化，会产生湿陷性。

（7）压力作用：黄土上方所施加的压力增加，黄土的湿陷性也会越来越大，但是在超出湿陷值界定之后；施加的压力越大，黄土的湿陷性会随之减小。

在湿陷性黄土上开展工程建设时，相关人员必须充分考量黄土湿陷性对地基造成的不稳定影响，地基一旦发生湿陷，就会产生附加沉降应力，会对地基的稳定性造成极大的破坏，这对工程建设的安全性会产生极大的威胁。所以针对于湿陷性黄土地区，地基处理是非常必要且关键的。

3 湿陷性黄土地基的具体处理方法

我国湿陷性黄土地区比较多，不同地区的黄土在性状上有着一定程度的不同。为了消除湿陷性对工程建筑产生的安全性影响，在对湿陷性黄土地基进行处理时，需要全面细致地考量多种因素，必须根据实际情况采取最适宜的处理方式。在此，对垫层处理法、强夯处理法、挤密桩处理法、浸水处理法、化学处理法和加固路基法等湿陷性黄土地基处理方法进行介绍。

3.1 垫层处理法

垫层处理法是将地基下方的湿陷性黄土挖出来，按照工程实际需要和黄土性状选择部分挖出或全部挖出，之后使用三七灰土垫层，或者是不具备湿陷性的土层。一般来说，针对甲类建筑，需要对地基下的湿陷性土层进行全部处理；针对乙类建筑，则需要清除地基下方2/3的湿陷性黄土；针对丙类建筑，要保证处理的湿陷性黄土厚度不小于2.5m。使用垫层处理法时，要重点保证工程建筑的稳定性，避免地基出现变形的情况，沉降稳定。在保证处理方案科学合理的情况下，处理1m～3m的湿陷性黄土，对整片的土垫层也要进行相应的处理。

在使用垫层处理法处理湿陷性黄土时，施工人员要对垫层的含水量进行全面地控制，保证含水量达到一个最佳标准。即使含水量小一些，也绝对不能超标。一旦含水量过大，土体的强度会出现明显的下降，进而出现变形的情况。如果地基土当中本身含水量过大，可以通过翻晒的方式进行处理。垫层施工的范围需要全面保证规范性，一般都是在地基范围之外1m 的位置开展施工工作。在碾压过程中一定要保证碾压充分，严格控制施工质量，碾压分层的厚度在30cm以下。同时，对压实度要进行实时检测，并进行记录，保证施工质量符合相关要求。

3.2 强夯处理法

黄土地基饱和度在60%以下，使用强夯法进行湿陷性黄土地基处理是最合理的。强夯法也叫重锤夯实法，在处理时将重锤上升到既定的高度，然后自由落下，对湿陷性黄土的地基进行敲打夯实。一般来说，通过强夯法可以处理的湿陷性土层厚度在1.5m，锤子的重量在2.5～3t为最佳，夯点的距离在4.0～4.5m为最佳。针对一个夯点，落锤的次数在2～3次为最佳。实践证明，利用强夯法可以全面改善湿陷性黄土地基的物理性质与化学性质，提升黄土的干密度，承载能力也有着非常明显的提升，土壤的压缩性降低，从根源上解决黄土的湿陷性，避免黄土出现透水情况。

使用强夯处理法进行地基处理时，相关工作人员需要按照黄土含水量的不同和湿陷等级的不同，进行综合考量。在不同的场地当中，夯击所产生的能量、次数以及深度都有所差别，不同土质之间的孔隙比和土壤含水量对于黄土加固的具体深度也有着差异化的影响。因此工作人员在试夯之后，取得具体的参数，对施工方案进行科学划分之后再进行施工。使用强夯处理法可以显著改善夯击范围内的土体含水量，但是也容易导致局部夯击的效果不佳。鉴于这种情况，相关施工人员要对土体的含水量进行一定的控制，通过加水或减水的方式进行处理，这样能够有效防止施工过程中出现弹簧土的状况。如果地基黄土的含水量比较高的话，压实度达不到既定的要求，相关施工人员就需要暂时停止施工，然后将地基的黄土翻开进行晾晒，在晾晒一定时间之后再在夯击的位置上添加一部分粗骨料，之后再继续进行夯击。强夯处理完成之后，施工人员需要对其进行综合评估，判断其加固的深度是否能够达到工程建设的具体要求。有效加固深度的主要判定方法是观察加固深度是否可以全面解决湿陷性的问题；质量检验的方式主要采用的是探井取土的方式，在不搅动试样的情况下可以达到既定的施工要求，就代表着土体的承载能力是符合设计标准的。

3.3 挤密桩处理法

挤密桩处理法消除黄土湿陷性的具体原理，是让桩基础和湿陷性黄土共同作用，从而提升地基的承载力。挤密桩处理可以将地基的上部荷载转移到湿陷的黄土层之下，这样一来就能够彻底避免地基承载能力下降的问题。在具体施工上，挤密桩需要利用钻孔或开挖的方式，将一定体积的土体挖出来，并在孔中灌注混凝土或灰土等加固型的材料，在化学反应的作用下形成坚固的桩体。这种方式并不会对桩体周围的土体性质进行改变。在湿陷性黄土当中的桩基础遇到水之后，桩和黄土之间的摩擦力会减弱，所以在黄土当中不能使用摩擦型的桩基础，而是要采用端承型的桩基础，进而达到相应的强度要求。挤密桩除了要满足必要的强度之外，桩底部的受力层还要保证是压缩性比较低的非湿陷性土层或者岩层。如果地基是自重湿陷性的黄土，在施工过程中则要保证持力层满足具体的承载要求。

使用挤密桩处理法需要注意的是，施工开始之前一定要精确把握各个参数，使其全面满足设计值。若桩端的承载层是硬土的话，或者桩的长度在临界值之上，那么就需要设置一个褥垫层，或者通过其他的有效方式来提升桩基的承载力。如果在施工过程中需要提升桩强度，还要适当增加水泥的使用量，这样可以在很大程度上提升桩的承载力。在施工过程中，相关施工人员可以结合实际情况，对桩体进行复搅施工，也就是选取桩体的一部分进行重新搅拌，这样可以有效地提升桩体的均匀性，提升桩体的整体承载能力。施工过程中所使用的机械可以采取带有自动控制功能的喷粉或喷浆的设备，避免人为因素对施工质量产生干扰。强化桩体的质量，防止气体流入导致桩体的质量产生不均匀现象。最后需要注意的是，挤密桩的质量控制是整体施工当中比较难的一个点，所以说施工过程中的质量管理一定要保证精细化，使用低应变等方式全面检测桩体的质量，对成桩的质量进行严格地把控。

3.4 浸水处理法

浸水处理法也叫预浸水法，处理方式为：在施工工作开始之前，在场地当中挖一定规格的坑，进行大面积的浸水，这样土体会发生自重湿陷，通过这种方式来化解黄土的湿陷性，这种处理方式要保证供水充足，处理的周期相对较长，但处理成本低，在特定的场合中有着不错的应用价值。预浸水法使用要符合相关要求，首先浸水坑的边缘和工程建筑物之间的距离要保持在50m以上，如果空间距离不够的话就需要使用其他更适合的方法。此外，浸水水坑的边长应当大于具备湿陷性土层的厚度，如果浸水坑的浸水面积比较大，施工人员也可以采取分段浸水的方式，浸水坑当中水头的高度在300mm 以上为最佳，如需连续浸水，则要以湿陷的变形量值为标准。在地基预浸水之后，还需要仔细观察，对黄土的湿陷性进行更加全面的评定。

3.5 化学处理法

化学处理法也是近年来比较常用的湿陷性黄土地基处理方法之一。目前比较常用的化学处理方法有硅化加固法和碱液加固法两种。

硅化加固法是将浓度较低、粘滞度较小的硅酸钠溶液注入到黄土当中，黄土当中的孔隙会与其产生互相凝结的作用，并和黄土当中的可溶性与交换性碱土金属阳离子产生明显的置换反应，黄土的颗粒表面就会产生金属氢氧化物，从而对湿陷性黄土进行有效地加固。采用硅化加固法施工，首先需要成孔打入注浆管，并通过水进行稀释，向地基进行注浆处理，等到砂土硅化加固之后，再选取试块进行无侧限的抗压实验，取值需要高于设计强度的90%，变形指标也要符合具体的设计要求。

碱液加固法所应用的设备和工艺都比较简单，施工人员可以使用钢管或者洛阳铲下到设计的加固深度当中，之后再插入一个孔径在5cm～7cm的注浆管，孔中加入粒径在2cm～4cm范围内的小石子，将其填到注浆管下方标高的位置。碱液加固处理全部完成之后，需要在施工结束28 天之后进行验收，验收方式为开挖和钻孔取样，对加固的土体完成无侧限的抗压强度测试，或者进行水稳性测试，确保质量没有问题之后再开展下一步的施工。

3.6 加固路基法

加固路基法主要是针对于公路工程建设的主要方法，施工人员可以在湿陷性黄土路基当中埋设一些强度较大，同时具备一定韧性的拉筋，还可以添加一些土工聚合物，这样就能够有效提升路基自身的强度，避免地基出出现变形、沉降的情况。针对一些强度较低的岩体、路堤以及路堑，加固路基法都是比较适用的，当前在工程建设当中比较常见的方法有加筋土路基法、柴木梢排和土钉法等等。

加筋路基法对一些沉降量比较小的路堤来说是比较实用的，通过适当的填土，并使用土工布进行垫隔，可以有效避免路基向侧方位移动的情况发生，使水平应力得到全面降低，提升路基的稳定性与刚度，进而使荷载的分布保持一个比较均匀的状态。柴木梢排法是通过扎排的柴木梢，均匀地铺设在路基的底部，从而提升路基的整体承载能力，保持足够的稳定性。这种方式适合于交通承载力比较小的公路当中，在一些高等级的公路中则不太适用。

4 结束语

湿陷性黄土在我国多个地区都存在，分布非常广泛。不同的加固处理方法，对湿陷性黄土的处理质量有着不同的结果。从本文的研究分析来看，在工程建设开始之前，我们需要对湿陷性黄土的具体情况进行了解，判断湿陷的类型是自重湿陷性还是非自重湿陷性，同时对湿陷的严重程度进行一个基本的判断，之后再采取对应的措施进行湿陷性的处理。在施工过程中，施工人员要尽量控制对地基的扰动，时刻关注防水情况，同时要对施工质量进行动态化、实时化的监测，避免建筑工程基础出现不均匀沉降和湿陷性变形。通过各种措施的合理运用，可以将危险因素降到最低，保证工程建筑的安全性和质量，使建筑工程获得良好的建设效果。