西北干旱地区大厚度湿陷性黄土地基处理方案探讨

张忠雄，梁 谊，何建东，安 毅

(1.宁夏强夯机械工程有限公司，宁夏 银川 750000；2.中联西北工程设计研究院有限公司，陕西 西安 710043；3.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043；4.西安建筑科大工程技术有限公司，陕西 西安 710000)

1 概述

西北地区近年来开展了大量工业建筑场平等高填方工程，涉及到大面积、大厚度、低含水率的湿陷性黄土地基处理。湿陷性黄土广泛分布于西北地区，在一定压力下受水浸湿，土体结构会迅速破坏，并产生显著附加下沉[1]，特别是低含水率、大厚度湿陷性黄土，湿陷性强烈，对工程的危害更大。在湿陷性黄土场地上工程项目，如何消除黄土湿陷性，提高地基承载力，是工程关注的焦点，合理地选用地基处理方案至关重要。

湿陷性黄土地基处理应综合考虑场地湿陷类型、地基湿陷等级、基础结构形式以及当地建筑经验和施工条件等因素[2]。本文以兰州新区某化工园区Ⅳ级（很严重）自重湿陷性黄土地基工程为背景，分析对比了垫层法、强夯法、挤密桩法和桩基础等几种常用湿陷性黄土地基处理方法的可行性、处理效果及经济合理性，给出适用于本场地的最优设计方案。同时针对场地周边回填土处理问题，提出了几点处理措施建议。相关成果可为后期工程建设节省投资，同时也为湿陷类似工程地基处理提供借鉴。

2 工程概况及地质条件

本工程位于兰州新区永登县精细化工园区，栖云山路(经三十六路)东侧，纬五十五路(党河街)北侧。本工程原始地貌单元属山前冲积扇前缘，地形起伏较小，地形北高南低。现状场地已人工平整，地势平坦，场地及周边未发现不良地质现象，较稳定。根据本工程勘察报告，场地地下水埋藏较深。勘探点控制范围内拟建场地综合评定为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地，湿陷下限深度为20.0m。勘察深度范围内各土层分布及相应物理力学指标见表1。

表1 土层分布及物理力学指标

3 地基处理方案初步比选

根据规范[2]《湿陷性黄土地区建筑标准》GB50025-2018，大厚度湿陷性黄土地基上的甲类建筑基础底面以下具自重湿陷性的黄土层应全部处理，且应将附加压力与上覆土饱和自重压力之和大于湿陷起始压力的非自重湿陷性黄土层一并处理；乙类、丙类建筑应采取地基处理措施消除地基的部分湿陷量。当基础下湿陷性黄土层厚度较薄，经技术经济比较合理时，也可消除地基的全部湿陷量或将基础设置在非湿陷性土层或岩层上，或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层。

目前，我国湿陷性黄土地区最常用的地基处理方法包括垫层法、强夯法、挤密桩法和桩基础等[3]。

3.1 垫层法

垫层法[4]是将湿陷性土挖至一定深度，回填抗剪强度较高、压缩性较小的岩土材料，如砂、石渣等，并分别夯实，形成双层地基。垫层能有效扩散基底压力，可提高地基承载力，减少沉降。该方法适用于地下水位以上的浅层湿陷性黄土，局部或整片处理浅层地基处理，一般处理厚度为1～3m。本工程湿陷土层下限深度介于13.4～20m，为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地。在不考虑承载力是否满足情况下，如采用垫层处理，换填厚度普遍需在3m 以上，且换填过程中需要开挖回填土方，施工周期相对较长，故不适合采用。

3.2 挤密桩法

灰土挤密桩[5]适用于处理地下水以上的湿陷性黄土地基，它是利用沉管、冲击或爆扩等方法，在土中成孔挤密，然后在孔中分层填入灰土并夯实。在成孔和夯实过程中，原处于桩孔部位的土全部挤入周围土层中，使距桩周一定距离内的天然土得到挤密，从而消除桩间土的湿陷性并提高承载力。灰土桩是一种柔性桩，灰土挤密桩地基上部荷载由桩和桩间土共同承担，挤密后的地基为复合地基，类似垫层一样共同作用，上部荷载通过其往下传递时应力要扩散，而且比天然地基扩散得更快，在加固深度以下，附加应力将大大减少。可处理的湿陷性黄土的厚度为5～20m。当挤密前土的含水量大于24%、饱和度大于65%或含水量很不均匀时，不宜采用该法。

本工程湿陷土层最大厚度为20m。场地内甲类建筑湿陷性需全部消除，局部最大处理深度大于20m，其余类别建筑采用挤密桩处理，处理深度介于8～15m。因此，本工程可以考虑采用挤密桩处理。但应在现场选择有代表性的地段进行试验或试验性施工，取得需要的设计参数后，再进行地基处理设计和施工。

3.3 增湿联合高能级强夯法

强夯法[6]是利用重力机械将重锤起吊一定高度后，突然释放，重锤从高处自由下落对地基产生强大的冲击能，在地基土中产生巨大的应力波来破坏土体原有的大孔隙结构，随后土体重新固结，承载力提高。同时，强夯还提高了土层的均匀程度，减少地基的差异沉降。强夯法不仅能提高地基土的强度、降低其压缩性，还能改善地基土的抗振动液化能力，消除土的湿陷性，所以该方法还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基等。采用强夯法处理地基时，为达到最佳强夯加密效果，地基土的含水率需处于最优含水率附近，但西北地区因降水少，黄土含水率低，直接强夯处理效果不佳，加固影响深度较小。根据国内外工程资料[7]，先对场地增湿至适宜含水率，再进行高能级强夯的过程已有相关的研究报导。

本工程湿陷性黄土最厚为13.4～20m，且地基土天然含水率介于7.4%～9.0%。不宜直接强夯，需增湿处理后采用高能级强夯处理。但应在现场选择有代表性的地段进行试验或试验性施工，取得需要的设计参数后，再进行地基处理设计和施工。

3.4 桩基础

本工程湿陷土层下限深度介于13.4～20m，为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地。若采用桩基础方案，另需考虑负摩阻力对桩基承载力的影响。若直接采用桩基础，建议桩型为端承摩擦桩，以⑤层泥岩（中风化）为桩端持力层，桩端进入⑤层泥岩（中风化）的深度不应小于一倍的桩径，遇软弱夹层需穿透，该方案施工周期较短，工程安全系数高，但工程造价显著增大，施工难度相对较大。因此，考虑建设投资的经济性，不建议采用桩基方案。

3.5 场区周边回填土处理

拟建场地属于典型“挖填造地”工程，分布场地四周，最大填方厚度约为10m。根据场地勘察报告，场地填土属于直接推填形成，未经碾压处理，工程性质较差。因此，考虑到场地后期绿化带及道路等附属设施不发生均匀沉降，造成室外散水或路面开裂等质量问题。综合考率填土厚度、加固质量、工期和造价等因素，建议场地周边回填土采用直接强夯处理，强夯处理有效加固深度至少为6m。采用强夯加固施工前，应在现场选择有代表性的地段进行试验或试验性施工，取得需要的设计参数后，再进行地基处理设计和施工。

4 结论及建议

根据本工程场地土的地质条件和工程特点，本场地初步可采用挤密桩或增湿联合高能级强夯方案。无论采用何种地基处理方案，施工前均应进行相应的试验工作，以确定处理效果和施工参数。施工完成后，应根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）和有关规定，对地基处理效果（地基强度、湿陷性消除情况）、施工质量、地基承载力等进行检测。

本工程后续若开展增湿联合高能级强夯试夯工作，建议：①增湿施工结束后3周进行强夯，使土体中水分有充足时间消散；②采用锤击钢管挤土成孔，挤土效应使孔壁趋于密实，不利于水的扩散。建议采用麻花转成孔方式，尽量保证不对孔壁扰动，便于水分渗透，增强增湿效果。③增湿孔填充材料可采用级配良好的碎石含砂并控制含泥量不能过大，应可增强增湿效果。