盧培剛　盛　誼

摘要 本文總結(jié)了濕陷性黃土的工程特性和產(chǎn)生濕陷性的原因,提出了濕陷性評(píng)價(jià)應(yīng)注意的問題;并重點(diǎn)研究了幾種常用濕陷性黃土地基處理方法,分析了其適用條件和施工中應(yīng)注意的問題,為解決此類巖土工程問題提供了方法和思路。

關(guān)鍵詞 濕陷性黃土;工程特性;評(píng)價(jià);地基處理

中圖分類號(hào) TU444 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1674-6708(2009)05-0081-02

0 引言

隨著西部開發(fā)和能源基地建設(shè),中西部地區(qū)大、中型工程不斷增多,要求地基具有較高的承載力與較小的變形,尤其對(duì)差異變形有著較高的要求。而中西部地區(qū)黃土或濕陷性黃土分布廣泛,黃土在浸水情況下極易產(chǎn)生大幅沉降或不均勻沉降,導(dǎo)致建(構(gòu))筑物地基變形,基礎(chǔ)拉裂,給工程帶來不可估量的損失。另外,地基處理的費(fèi)用一般占工程總造價(jià)的8%左右,甚至更高,工期為總工期的1/4左右,因此,地基處理方案的優(yōu)化對(duì)保證工程質(zhì)量和控制工程造價(jià)起著重要作用。因而,當(dāng)前在分析濕陷性黃土工程特性的基礎(chǔ)上,研究濕陷性評(píng)價(jià)中需注意的問題,總結(jié)探索濕陷性黃土地區(qū)地基處理方法就有著十分重要的意義。

1 濕陷性黃土的工程特性

濕陷性黃土主要為新近堆積黃土,多為風(fēng)積和沖積的粉粒土與碳酸鹽等易溶鹽類膠結(jié)體,以粉土顆粒為主,占總重量約50%~70%,塑性指數(shù)一般為7~13。天然狀態(tài)下,濕陷性黃土多呈非飽和狀態(tài),含水率為10%~20%;剖面上具有垂直解理,多蟲孔,有植物根,孔隙比一般在1.0左右或更大;顆粒間具有較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,屬中、高壓縮性土,壓縮系數(shù)α為0.2~0.6,承載力較高,變形量較小。而一旦受水浸濕后,在自重或一定荷載作用下,土的結(jié)構(gòu)迅速破壞,土體的抗剪強(qiáng)度、承載力都顯著降低,產(chǎn)生顯著的附加下沉。

黃土濕陷性的原因一直是國內(nèi)外巖土工程界探求的重要課題,歸納起來主要是內(nèi)外兩方面的因素——黃土受水浸濕和荷載作用是濕陷發(fā)生的外因,黃土的結(jié)構(gòu)特征及物質(zhì)成分是產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在原因。

黃土中含有大量的可溶鹽,如以較難溶解的碳酸鈣含量為主,則濕陷性減弱,而其他碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物等易溶鹽含量越多,則濕陷性越強(qiáng);粘粒的含量增多時(shí),特別是當(dāng)粒徑小于0.001mm的土粒含量大于20%,骨架顆粒之間又具有較大的膠結(jié)作用時(shí),則土的濕陷性降低。當(dāng)液限在30%以上時(shí),黃土的濕陷性較弱,且多為非自重濕陷性黃土,當(dāng)液限小于30%時(shí),則濕陷性一般較強(qiáng);當(dāng)黃土的含水量低于塑限時(shí),水分變化對(duì)強(qiáng)度的影響最大,隨含水量增加土的強(qiáng)度降低較多,但當(dāng)含水量大于塑限時(shí),含水量對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響減小,而超過飽和含水量時(shí),抗剪強(qiáng)度的變化就不大。黃土的濕陷性還與外加壓力有關(guān),外加壓力大濕陷量也顯著增加,但當(dāng)壓力超過某一數(shù)值時(shí),再增加壓力,濕陷量反而減少。

2 黃土濕陷性評(píng)價(jià)中應(yīng)注意的問題

在黃土地基的濕陷性評(píng)價(jià)中,包括三個(gè)方面的內(nèi)容:判定黃土是濕陷性的還是非濕陷性的;如果濕陷性的,還要進(jìn)一步判定濕陷黃土場地的濕陷性類型,是自重濕陷性的還是非自重濕陷性的;判定濕陷性黃土地基的濕陷性等級(jí)。在場地濕陷性評(píng)價(jià)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題:

1)自重濕陷量的起算地面

黃土規(guī)范中規(guī)定自重濕陷量△zs的計(jì)算值,應(yīng)自天然地面算起,至其以下非濕陷性黃土層頂面止。自重濕陷量的計(jì)算值與起算地面有較大的關(guān)系,起算地面標(biāo)高不同,往往導(dǎo)致場地濕陷類型不同。如某場地在勘察期間判定為非自重濕陷性黃土場地,而在整平場地時(shí)部分地段填方厚度達(dá)3m～4m,對(duì)下部土層的壓力增大,超過了場地的濕陷起始?jí)毫χ?變成了自重濕陷性黃土場地。由此可見,當(dāng)場地的挖方和填方的厚度和面積較大時(shí),測定自重濕陷系數(shù)的試驗(yàn)壓力和自重濕陷量的計(jì)算值,均應(yīng)自整平后的(或設(shè)計(jì))地面算起,否則,計(jì)算和判定結(jié)果不符合現(xiàn)場實(shí)際情況。

2)黃土地基承載力特征值修正

黃土規(guī)范中規(guī)定當(dāng)基礎(chǔ)寬度b>3.0m或基礎(chǔ)埋深d>1.5m時(shí),地基承載力特征值應(yīng)進(jìn)行修正,而《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)規(guī)定當(dāng)基礎(chǔ)寬度b>3.0m或基礎(chǔ)埋深d>0.5m時(shí),地基承載力特征值應(yīng)進(jìn)行修正,應(yīng)注意這兩個(gè)規(guī)范的差異,這可能是d=1.5m范圍內(nèi)的濕陷性黃土易受水浸濕,強(qiáng)度易受擾動(dòng)而降低,側(cè)限作用不明顯,同時(shí)也考慮了濕陷性黃土地基的承載力要有一定的安全儲(chǔ)備而使設(shè)計(jì)保守些。

3)濕陷性地區(qū)的地下水上升問題

陜西關(guān)中地區(qū)、河南三門峽水庫附近和山西某些地區(qū)由于降雨量較大、城市大量污水滲入地下、灌溉和污水渠道以及蓄水庫的不滲漏等原因,地下水位普遍上升。這應(yīng)該引起相當(dāng)?shù)淖⒁?查清當(dāng)?shù)氐叵滤纳仙闆r和原因;盡可能避免在地下水位劇烈上升地區(qū)建筑;地下水位上升地區(qū)黃土的承載力和壓縮性指標(biāo)應(yīng)按地下水位上升后的情況考慮采用;在自重濕陷性黃土地區(qū),主要還是采取措施以防止地下水位上升。對(duì)有可能上升的III、IV級(jí)濕陷性黃土地基上的建筑,應(yīng)消除地基的全部濕陷性或采取深基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)直接支承在堅(jiān)實(shí)的非濕陷性土層或巖層上。

3 濕陷性黃土地區(qū)地基處理方法研究

濕陷性黃土地基的主要工程問題是在上部荷載、浸水作用下產(chǎn)生大幅度的不均勻沉降變形,地基承載力大幅度降低,從而導(dǎo)致地基破壞。目前,主要從以下幾方面進(jìn)行處理:

1)消除基礎(chǔ)下地基土的濕陷性

常用的方法有換土墊層、重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、擠密樁等。

(1)墊層法是一種處理淺層濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法,適用于地下水位以上,局部或整片處理的濕陷性黃土地基。當(dāng)僅要求消除基底以下1m~3m濕陷性黃土的濕陷量時(shí),宜采用局部土墊層進(jìn)行處理,如需提高墊層土的承載力及增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí),宜采用整片灰土墊層進(jìn)行處理。這種方法具有較好的抗?jié)B性,抗凍性,而且可以就地取材,造價(jià)低,施工方便,技術(shù)性不強(qiáng),易于保證質(zhì)量,經(jīng)處理地基承載力可達(dá)250kPa,土墊層可達(dá)180kPa。需注意的是,不論地基的濕陷等級(jí)如何,都不能采用砂土這樣的透水性材料做墊層,以免地基被水浸濕。

(2)重錘表面夯實(shí)適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基可以消除基底以下1.2 m~1.8m濕陷性黃土層。在夯實(shí)層的范圍內(nèi),土的物理、力學(xué)性質(zhì)顯著改善,平均干密度明顯增大,壓縮性降低,濕陷性消除,透水性減弱,承載力提高。非自重濕陷性黃土地基,其濕陷起始?jí)毫^大,當(dāng)用重錘處理部分濕陷性黃土層后,可減少甚至消除黃土地基的濕陷變形。因此在非自重濕陷性黃土場地采用重錘夯實(shí)的優(yōu)越性較為明顯。

(3) 強(qiáng)夯法是在重錘夯實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來,工藝和設(shè)備基本類似,但強(qiáng)夯法的夯擊功能較重錘表層夯實(shí)法的夯擊功能大得多,因此,地基的夯沉量和有效夯實(shí)厚度亦大得多。強(qiáng)夯法還可將預(yù)留夯實(shí)的表層土直接夯成基坑或基槽,從而大大減少地基土方的開挖。采用強(qiáng)夯法處理時(shí),應(yīng)注意兩個(gè)問題:

① 在擬夯實(shí)的土層內(nèi),土的天然含水量宜低于塑限含水量1%~3%。不然應(yīng)采用晾干或增濕等手段,接近最優(yōu)含水量。

② 注意上下土層的均勻性問題。如中間存在粘粒含量較高的夾層,極易產(chǎn)生局部含水量富集.雖經(jīng)大能量夯擊.但土中不易產(chǎn)生裂隙.產(chǎn)生的超孔隙水壓力不易消散.造成夯擊能量不能向下傳遞.影響強(qiáng)夯的加固效果。這時(shí)應(yīng)考慮選擇強(qiáng)夯法處理黃土濕陷性是否合適。

強(qiáng)夯法是處理濕陷性黃土地基最經(jīng)濟(jì)的一種方法,施工簡單、效率高、工期短、對(duì)濕陷性黃土濕陷性消除的深度較大,一般可達(dá)8m~10m;缺點(diǎn)是振動(dòng)和噪聲較大。

(4) 灰土擠密樁復(fù)合地基?；彝翑D密樁的適用于地下水位以上,含水量為14%~22%左右濕陷性黃土。在成孔和夯實(shí)過程中,原處于樁孔部位的土全部擠入周圍土層中,使距樁周一定距離內(nèi)的天然土得到擠密,從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力。樁底穿過濕陷性黃土層,傳力于其下的持力層上?；彝翑D密樁地基其上部荷載由樁和樁間土共同承擔(dān),擠密后的地基為復(fù)合地基,上部荷載通過它往下傳遞時(shí)應(yīng)力要擴(kuò)散,而且比天然地基擴(kuò)散的更快,在加固深度以下,附加應(yīng)力將大大減小。灰土擠密樁對(duì)地基的加固處理效果,不僅與樁距有關(guān),還與所處理的厚度和寬度有關(guān),擠密孔的孔位宜按正三角形布置。擠密法技術(shù)可靠,施工簡便,工期短,不用或少用機(jī)械設(shè)備及熟練工人,適應(yīng)性強(qiáng),且就地取材,費(fèi)用較低,施工質(zhì)量易于控制及檢測,處理深度5m~l5m。

(5)孔內(nèi)深層夯擴(kuò)樁亦稱渣土樁,近年在濕陷性黃土地區(qū)也開始應(yīng)用,它充分利用建筑垃圾,變廢為寶,施工現(xiàn)場干凈無污染。孔內(nèi)填料一般為素土或灰土,或建筑物垃圾和廢料。成孔后,孔內(nèi)分層夯填時(shí),對(duì)孔周圍土體進(jìn)行擠密,其擠密的影響范圍與夯錘的夯擊能量有關(guān),在消除孔周圍土體濕陷性的同時(shí)提高地基土的承載力,在成孔過程中對(duì)樁間土的擠密已完成絕大部分,而孔內(nèi)夯擴(kuò)樁對(duì)樁間土的擠密則在孔內(nèi)充填土料的過程中完成。其對(duì)地基的處理深度較深,可達(dá)20m左右,而且無地下水的限制。

(6)預(yù)浸水法適用于處理濕陷性黃土層厚度大于10m的自重濕陷性黃土場地,地基濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí),可消除地面下6m以下土層的全部濕陷性,6m以上土層的濕陷性也可大幅度減小。浸水前應(yīng)通過現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)確定浸水時(shí)間、耗水量和濕陷量等。為防止在浸水過程中影響周邊鄰近建筑物或其他工程的安全使用以及場地邊坡的穩(wěn)定,要求浸水坑邊緣至鄰近建筑物的距離不宜小于50m,浸水坑的邊長不得小于濕陷性黃土層的厚度,當(dāng)浸水坑的面積較大時(shí),可分段進(jìn)行浸水;浸水坑內(nèi)的水頭高度不宜小于300mm,連續(xù)浸水時(shí)間以濕陷變形穩(wěn)定為準(zhǔn),其穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為最后5d的平均濕陷量小于lmm/d。地基預(yù)浸水結(jié)束后,在基礎(chǔ)施工前應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察工作,重新評(píng)定地基土的濕陷性,并應(yīng)采用墊層或其他方法處理上部濕陷性黃土層。但是預(yù)浸水后基礎(chǔ)下土層含水量過高,接近于飽和狀態(tài)致使后續(xù)工作無法正常進(jìn)行,這也正是預(yù)浸水處理的弊端。

2)建筑物基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層

將上部結(jié)構(gòu)的荷載通過樁尖直接傳遞于濕陷土層以下的持力層上。在非自重濕陷性黃土地區(qū),樁底端應(yīng)支承在壓縮性較低的非濕陷性土層(巖層)中。對(duì)自重濕陷性黃土場地,樁底端應(yīng)支承在可靠的持力層中。濕陷性黃土地區(qū)樁基礎(chǔ)一般采用打入樁、靜壓樁、鉆孔或人工挖孔灌注樁以及沉管灌注樁等,近年來使用較多的為鉆孔(或人工挖孔)灌注樁、靜壓樁以及沉管灌注樁。與其他地區(qū)所用樁基礎(chǔ)不同的是,當(dāng)濕陷性黃土浸水后,樁身與樁間土之間的摩擦力大大降低,還會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩擦力,因而應(yīng)在樁的承載能力上減去樁的負(fù)摩擦力。正負(fù)摩擦力的大小,應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

4 結(jié)論

濕陷性黃土在全國分布較廣,各地區(qū)積累的工程經(jīng)驗(yàn)也不盡相同,在具體選用濕陷性黃土的處理方法時(shí),應(yīng)根據(jù)建筑場地的濕陷性類別、濕陷等級(jí)以及土體厚度等特點(diǎn),遵循技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的原則,首先考慮因地制宜和就地取材等原則,并根據(jù)施工技術(shù)可能達(dá)到的條件,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比予以選用,必要時(shí)也可以幾種方法綜合考慮來使用。

參考文獻(xiàn)

[1]高偉,袁翠平.濕陷性黃土地基的常用處理方法[J].江蘇建材,2008(2):51—52.