王志偉
(呂梁市建筑勘察設(shè)計(jì)院,山西 呂梁 033000)
我國(guó)濕陷性黃土土質(zhì)分布區(qū)域很廣,以寧夏、山西、陜西、甘肅大部分地區(qū)與河南省西部為主要分布地帶。在上述內(nèi)容外,我國(guó)新疆、遼寧、青海、山東、河北和內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)同樣存在黃土地質(zhì)結(jié)構(gòu),但不連續(xù)。是工程建設(shè)期間比較常見(jiàn)的一種特殊性巖土。按照建筑工程實(shí)踐對(duì)施工中常用地基處理方法要求,在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題展開(kāi)簡(jiǎn)單論述,對(duì)同類(lèi)型建筑工程地基處理具有關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用。
黃土為第四世紀(jì)期間形成的一種陸相淡黃色粉砂質(zhì)土狀堆積物。在世界上分布相當(dāng)廣泛,它廣泛分布于北半球中緯度干旱和半干旱地區(qū),占全球陸地面積的1/10,我國(guó)黃土地域范圍較廣,同時(shí)厚度較大,居于世界之最,黃土總面積一度達(dá)到了63.5萬(wàn)km2,是全國(guó)土地總面積的6%。單獨(dú)從地理位置進(jìn)行分析,部分黃土層實(shí)際厚度已經(jīng)達(dá)到了50m~200m之間,其中以陜北地區(qū)和隴東位置的局部地區(qū)為最,其中陜北以及隴東的局部地區(qū)黃土厚度高達(dá)150m,同時(shí)隴西的部分地區(qū)則超過(guò)了200m。從具體角度進(jìn)行分析,這些黃土地質(zhì)大體分布在陜西、山西、寧夏、甘肅以及河南省西部。此外,我國(guó)遼寧、青海、新疆、山東、河北以及內(nèi)蒙古地區(qū)的部分區(qū)域同樣存在這種地質(zhì)。其中華北地區(qū)的黃土高原是世界上規(guī)模最大的黃土高原。
黃土為最新地質(zhì)時(shí)期(即距今200萬(wàn)年左右的地球第四紀(jì)時(shí)期)形成的一種土狀堆積物,以黃色為主,也有褐黃色、灰黃色,其性質(zhì)大多較為疏松、特殊。比較典型的黃土呈現(xiàn)黃灰色或者棕黃色,主要由塵土以及粉沙細(xì)粒共同組成,并且質(zhì)地比較均勻,用手搓之即可成為粉末,其含多量鈣質(zhì)以及黃土結(jié)核,體系中多孔隙,存在顯著的垂直節(jié)理,并且無(wú)層理可循,處于干燥狀態(tài)時(shí)較堅(jiān)硬,如果被流水浸濕,則會(huì)出現(xiàn)剝落或者遭受侵蝕作用,嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)生崩塌現(xiàn)象。因此,在黃土地區(qū)開(kāi)展各種工程建設(shè)時(shí)需要保持高度注意,如果對(duì)建設(shè)區(qū)域內(nèi)的黃土特性不夠了解,不僅會(huì)導(dǎo)致工程建設(shè)出現(xiàn)問(wèn)題,還造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)破壞。所以,黃土特性早已引起相關(guān)科學(xué)工作者以及專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員的高度注意,在經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的研究后,將黃土主要特性歸納整理為含水量較少、結(jié)構(gòu)疏松孔隙大、層理不明顯、抗水性弱、透水性較強(qiáng)五個(gè)方面。
我國(guó)工程界發(fā)展速度不斷加快,自解放后,對(duì)濕陷性黃土有了進(jìn)一步的正確認(rèn)知,分別在1966年、1978年、1990年、2004年、2018年間制定出《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》,簡(jiǎn)稱(chēng):“66黃土規(guī)范”“78黃土規(guī)范” “04黃土規(guī)范”以及目前正在使用的“18黃土標(biāo)準(zhǔn)”,對(duì)部分濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)方案制定及地基處理具有規(guī)范和指導(dǎo)效果。
山西省呂梁市柳林縣某煤礦預(yù)計(jì)在山頂上修建一棟50m高的井塔,該井塔長(zhǎng)為36,寬度為16m,場(chǎng)地地基土設(shè)有深度為22m的自重濕陷性黃土結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的濕陷等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅲ級(jí),做出的濕陷評(píng)價(jià)結(jié)果為嚴(yán)重,塔體總重量為20 000t,該建筑物場(chǎng)地地基在50m深為粉土層,主體結(jié)構(gòu)采用混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),該工程是井下設(shè)施及設(shè)備的主要運(yùn)送通道,因此對(duì)井塔地基處理極為重要。為了處理地基土的濕陷性,同時(shí)提高地基的承載力,建設(shè)單位基建處邀請(qǐng)了省、市等勘察設(shè)計(jì)單位的專(zhuān)家完成探討工作,針對(duì)該工程的建設(shè)地基處理方案設(shè)計(jì)可行性進(jìn)行深入的研究,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn),在保證安全和降低造價(jià)并在提高單樁承載力和消除地基濕陷性基礎(chǔ)上,最后一致認(rèn)為先采用灰土擠密樁對(duì)地基的濕陷性進(jìn)行處理,濕陷性處理后采用混凝土鉆孔灌注樁提高單樁承載力,目前該工程已竣工并投入使用已近10年,一直運(yùn)行正常。
灰土擠密樁和素土擠密樁法適用于處理地下水位以上的粉土、黏性土、素填土、濕陷性黃土等地基,可進(jìn)行妥善處理的地基實(shí)際深度在3m~15m之間。當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?4%、飽和度大于65%時(shí),不宜選用灰土擠密樁法或素土擠密樁法。
呂梁市離石區(qū)某工程在勘察時(shí)主要地層為第一層:濕陷性黃土層,該層厚為10.5m~11.8m;第二層為粉土層,該層厚為3.6m~4.9m;層底埋深為15.3m~16.2m;第三層為卵石層,最大勘察深度入該層2.1m未穿透該層,勘察期間未見(jiàn)地下水。該工程地基為自重濕陷性黃土,濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí),濕陷評(píng)價(jià)為嚴(yán)重,濕陷深度為10.5m~11.8m,該工程為地下1層地上6層住宅樓,擬建建筑基底壓力為140kPa,為提高地基土承載力,部分消除地基土的濕陷性,經(jīng)勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)單位協(xié)商一致同意采用灰土擠密樁法進(jìn)行地基處理,樁孔宜按等邊三角形布置,樁孔之間的中心距離為樁孔直徑的2~2.5倍,樁孔填料可采用2∶8灰土,樁間土經(jīng)成孔擠密后的平均擠密系數(shù)不應(yīng)小于0.9,第二層卵石層可作為樁端持力層。在樁基檢測(cè)合格后宜在樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置300mm~500mm厚的2∶8灰土墊層,壓實(shí)系數(shù)不小于0.95。工程自完工投入使用至今已有八年,經(jīng)沉降觀測(cè)和使用情況綜合分析,該工程地基處理效果較好。
我國(guó)在解放后,關(guān)于濕陷性黃土地基處理方面的實(shí)踐已經(jīng)持續(xù)了幾十年的時(shí)間,具體的操作方法很多,在經(jīng)過(guò)歸納整理后的基本思路主要為下述兩種設(shè)計(jì)方案。
(1)基本消除或已經(jīng)部分消除工程基礎(chǔ)固有土層結(jié)構(gòu)中的濕陷性。常用方法主要有墊層法、擠密樁、強(qiáng)夯法。當(dāng)自重濕陷性黃土層厚度深厚(厚度大于10m,自重濕陷量的計(jì)算值不小于500mm)時(shí),常用辦法為預(yù)浸水處理法。這種類(lèi)型的處理辦法需要通過(guò)工程施工措施,對(duì)目標(biāo)區(qū)域的濕陷土層加以妥善處理,充分改善土壤結(jié)構(gòu)以及基本特性,借此達(dá)成消除濕陷性的效果。缺點(diǎn)為:耗時(shí)長(zhǎng),影響工期。優(yōu)點(diǎn)為:施工便利,費(fèi)用低。
(2)保證建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的隔水層有效,保證基礎(chǔ)濕陷性黃土地基不會(huì)被浸水,借此達(dá)到防止地基濕陷的效果。比較常見(jiàn)的隔水材料為:灰土、油氈或者各種類(lèi)型的PVC和PE膜。該方法對(duì)基礎(chǔ)承載力提出的強(qiáng)度要求不高,如,供水管床、游泳池、渠道等工程中比較適用。
由于濕陷性黃土地基具有高含水量和多孔結(jié)構(gòu),在一定的濕度范圍內(nèi),其內(nèi)部的水分會(huì)隨著水的滲透進(jìn)入到土體中,使土壤的孔隙率降低,從而導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度下降,進(jìn)而影響了穩(wěn)定性,最終造成了濕陷變形。因此在對(duì)濕陷性研究過(guò)程中,要根據(jù)不同的地區(qū)采取相應(yīng)的處理措施,以保證地基的穩(wěn)定性能。
(1)對(duì)于黃土地基來(lái)說(shuō),如果是有水的地方,就可以采用干式壓實(shí)技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理,要注意的是,在施工的時(shí)候不能破壞地面的基礎(chǔ)設(shè)施,否則會(huì)出現(xiàn)滲漏的情況。(2)有地下水的區(qū)域,就要考慮是否需要對(duì)其進(jìn)行加工后在進(jìn)行處理,因?yàn)檫@樣的方法不僅成本低,而且效果也比較好所以一般都使用這種方法。(3)當(dāng)在無(wú)水源的地方時(shí),要先把水抽干,再將其中的一部分水資源抽出來(lái),然后再利用。
回彈模量是指混凝土在施工過(guò)程中,由于外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生的強(qiáng)度變化,其值與工程的實(shí)際情況相吻合,因此需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理。
在對(duì)濕陷性黃土地基處理的時(shí)候,要根據(jù)不同的地區(qū)和土壤類(lèi)型來(lái)確定具體的回彈模量,一般是以灰土的厚度為基礎(chǔ),同時(shí)還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件來(lái)制定相應(yīng)的回彈模度,從而保證地基的穩(wěn)定性以及抗震性能。對(duì)于粉煤灰碎石來(lái)說(shuō),本身的含水量較低,所以在對(duì)粉煤灰碎石處理時(shí),要將粉煤灰的含水率降低,并且要確保水泥的質(zhì)量達(dá)標(biāo),這樣才能使其能夠更好的被應(yīng)用到建筑中。但是如果不按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)施,就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題而無(wú)法避免事故的發(fā)生。
對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行處理時(shí),要先將干粉和含水率分別計(jì)算,然后再將其與干粉的比值加到同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中,這樣可以使其具有相同的含水量,并且在使用過(guò)程中,要保證在一定的范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)裂縫。
對(duì)于濕陷性黃土地基處理的具體操作,主要是通過(guò)以下兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的:第一,對(duì)施工材料的選擇以及填縫工作。第二,對(duì)工程的實(shí)際情況,比如,現(xiàn)場(chǎng)條件等。針對(duì)施工環(huán)境的影響,首先需要注意的是,如果是在潮濕的天氣下,那么就會(huì)導(dǎo)致土壤的性質(zhì)發(fā)生改變,從而使其變得更加的不穩(wěn)定,所以說(shuō),為了避免這種問(wèn)題的產(chǎn)生而采取的措施就是,當(dāng)遇到了惡劣的氣候狀況,就應(yīng)該采用砂石層或者砂礫層,而不僅是把它作為一種填充的材料來(lái)對(duì)待。
為了保證濕陷性黃土地基工程的順利進(jìn)行,需要在施工前,對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況以及水文條件等因素充分的了解和掌握,從而制定出合理的施工方案,并在實(shí)施過(guò)程中嚴(yán)格的監(jiān)督和管理。
首先,對(duì)施工材料的選擇與使用重視。如果所選的建筑材料質(zhì)量達(dá)不到要求,則會(huì)影響到后期的建筑工作,所以要根據(jù)實(shí)際的具體需求來(lái)確定合適的原材料;其次,對(duì)于混凝土的澆筑,要注意澆筑的厚度、振搗的時(shí)間、振搗的次數(shù)等,同時(shí)還要做好相應(yīng)的保護(hù)措施,避免出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象;最后,對(duì)施工人員的操作能力與技術(shù)水平的提高也十分重要,因?yàn)樗麄兊膶?zhuān)業(yè)素質(zhì)直接關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度問(wèn)題,因此必須加強(qiáng)相關(guān)的培訓(xùn)教育,不斷提升施工人員的技能素養(yǎng),使其能夠更好的完成項(xiàng)目的建設(shè)。(1)干粉量:在濕陷性黃土地基處理過(guò)程中,干粉量是影響其穩(wěn)定性的重要因素,在不同的工程條件下,對(duì)濕陷性黃土的干粉含量的要求也是不盡相同的。(2)黏聚力:黏聚力的大小會(huì)直接決定著施工的難易程度,所以要選擇合適的粘結(jié)劑,一般情況下,黏聚力大的材料可以使其具有較高的抗壓強(qiáng)度,但也不能過(guò)大,否則會(huì)使其變形能力降低,并且還會(huì)導(dǎo)致軟化點(diǎn)的產(chǎn)生。(3)初始含水量:含水率的高低和水分的多少都有關(guān)系,如果含水率過(guò)低,則會(huì)造成吸脹性能的下降和抗?jié)B的喪失等問(wèn)題,因此要根據(jù)實(shí)際的環(huán)境來(lái)確定最佳的含水率,同時(shí)還要考慮到當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度以及土壤的鹽度等,從而保證最終的效果。(4)混凝土的齡期:對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),隨著時(shí)間的推移,裂縫的出現(xiàn)將會(huì)變得更加嚴(yán)重,而當(dāng)裂縫的寬度達(dá)到一定的范圍時(shí),就需要使用水泥砂漿來(lái)修補(bǔ),但這種方法會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)的破壞,因此要在施工之前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以保證其質(zhì)量。(5)濕陷性:黃土地基是由水泥、砂等材料組成的復(fù)合地基體。不同土質(zhì)條件下可表現(xiàn)出不一樣強(qiáng)度和性質(zhì)。
對(duì)黃土地基進(jìn)行沉降的評(píng)估工作主要是為了確定是否能夠滿(mǎn)足工程的要求以及能否達(dá)到預(yù)期的效果和質(zhì)量。
在對(duì)其進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程中,需要注意的是,要將實(shí)際的情況考慮在內(nèi),不能僅僅只注重表面的形式而忽略了它的內(nèi)在價(jià)值。在對(duì)其進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候要將理論與實(shí)踐相結(jié)合,這樣才能保證所得到的結(jié)果更加的準(zhǔn)確可靠。對(duì)于黃土的性質(zhì)來(lái)說(shuō),它是由水的含量、含水量和土壤的物理特性共同決定的;而水分的流失則會(huì)導(dǎo)致水的滲出,從而造成的損失就是水的滲出。所以說(shuō),在對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)的時(shí)候應(yīng)該將這三個(gè)因素綜合起來(lái),然后再做出相應(yīng)的處理方法。含水量的測(cè)定:由于濕陷性的地面會(huì)出現(xiàn)一定的下沉現(xiàn)象,因此可以通過(guò)測(cè)量含水率來(lái)判斷地表的干陷程度。
由于黃土地基本身的性質(zhì)以及自身的復(fù)雜性,使得其在處理濕陷性黃土?xí)r,需要采取不同的措施來(lái)進(jìn)行處理,以達(dá)到最大程度的減少對(duì)環(huán)境的破壞作用。
(1)對(duì)于濕陷性的黃土地基,首先要選擇合適的材料來(lái)提高它的抗壓能力,因?yàn)槿绻褂昧瞬贿m合的材料就會(huì)導(dǎo)致水的滲透率變小,進(jìn)而影響到周?chē)慕ㄖ锘蛘呤侨藗兊纳钯|(zhì)量。因此在選用建筑材料的時(shí)候,一定要嚴(yán)格把關(guān),保證它的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,避免出現(xiàn)裂縫等情況。
(2)在對(duì)建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中,要考慮到當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,比如,溫度、濕度,這樣可以使工程的造價(jià)得到降低,同時(shí)也能有效的防止水的滲漏,從而使建筑工程的整體性能得以提升。
(3)在施工的過(guò)程中,為了確保能夠滿(mǎn)足建設(shè)的要求和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平,必須加強(qiáng)對(duì)后期的維護(hù)工作,尤其是一些大型的項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生大量的工程廢渣,所以應(yīng)該做好相應(yīng)的保護(hù)措施,以免造成不必要的浪費(fèi)與損失。
綜上所述,實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要針對(duì)地質(zhì)條件、地基土質(zhì)特性和地基結(jié)構(gòu)的區(qū)別完成處理方案的選擇工作,以此保證經(jīng)過(guò)處理后的工程地基具備足夠強(qiáng)度的承載力,能夠滿(mǎn)足建筑變形條件的建設(shè)要求。但是,無(wú)論選擇哪種方式,均需要保持足夠嚴(yán)密的質(zhì)量控制,才能夠獲得更為優(yōu)質(zhì)的建設(shè)效果。