濕陷性黃土地基處理在工程中的運用

陸曼華

（大連化工研究設計院，遼寧大連 116023）

濕陷性黃土地基處理在工程中的運用

陸曼華

（大連化工研究設計院，遼寧大連 116023）

通過對濕陷性黃土地基的濕陷性進行分析，結合具體工程特點，提出對此種地基處理的方法及施工中的注意事項。

濕陷性黃土；地基處理；換土墊層；技術措施

1 工程概況

陜西某化工集團，擬建場地地處渭河二級階地后部，場地比較開闊，地層自上而下由第四系人工堆積（Q4ml）雜填土、全新統堆積（Q4）黑壚土，上更新統風積（Q32eol）黃土、古土壤和中更新統沖、洪積（Q2al＋pl）粉質粘土構成。主要工程地質問題為擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ級，濕陷深度為10.5m，地下水位為－14.2～14.4m。設計過程中，根據場地周圍建筑的實際情況，濕陷深度及濕陷類別，地質報告對場地的評價及建議，采用了灰土換填法。現就場地黃土濕陷性的情況、地基處理方法、上部結構所采取的技術措施等論述如下。

2 濕陷性黃土的概念及特性

非飽和的結構不穩定天然黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后土的結構迅速破壞而發生顯著附加下沉的，叫濕陷性黃土，否則就叫非濕陷性黃土。濕陷性黃土的這種特性，無論是作為建筑結構的地基、建筑材料或地下結構的周圍介質，如果在設計施工時沒有認真考這一特性而采取相應的措施，就會影響建、構筑物的正常使用和安全性，且給建設單位造成經濟損失，反之，如果采取的措施太保守，也將增加投資，造成浪費。

2.1 濕陷性黃土的形成和劃分

黃土是以風力搬運沉積又沒有經過次生擾動的、無層理的黃色粉質、含碳酸鹽類并具有肉眼可見的、大孔的土狀沉積物（也稱原生黃土），其它成因的、黃色的、又具有層理和夾有砂、礫石層的土狀沉積物稱為黃土狀土（也稱次生黃土）。黃土在自然狀態下，通常強度較高，壓縮性較小，在遇水浸濕后，有的土在其自重作用下也會發生較大的下沉變形，強度也隨之降低，有的土則不發生下沉。在上覆土自重應力作用下產生濕陷的為自重濕陷性黃土，在自重應力與外荷載引起的附加應力共同作用下產生濕陷的為非自重濕陷性黃土［1］。

2.2 濕陷變形的特性指標

評價濕陷性黃土的指標有：濕陷系數、濕陷起始壓力和濕陷起始含水量，以濕陷系數為最主要參數。濕陷系數是指土單位厚度的環刀切樣，在一定壓力下，下沉穩定后，試樣浸水飽和所產生的附加下沉，它通過室內側限浸水壓縮試驗確定。

我國現行國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025—2004對濕陷性黃土按濕陷系數0.015和自重濕陷量70mm作為分界值進行了劃分：

1）當濕陷系數δs小于分界值時，定義為非濕陷性黃土，反之定義為濕陷性黃土。

2）自重濕陷量的實測值Δ′zs或計算值Δzs大于分界值時，定義為自重濕陷性黃土場地，反之定義為非自重濕陷性黃土場地，自重濕陷量的實測值和計算值出現矛盾時，以實測值為準。

根據濕陷量的計算值和自重濕陷量的計算值等因素將濕陷性黃土劃分為（Ⅰ級）輕微、（Ⅱ級）中等、（Ⅲ級）嚴重、（Ⅳ級）很嚴重四個級別。

3 濕陷性黃土地基處理方法的選擇

濕陷性黃土地基處理的目的，就是采用機械手段，對基礎下的濕陷性黃土進行加固處理，或更換另一種材料，改變基土的物理性質，達到消除濕陷性，減少壓縮和提高承載力的目標，其中大多以消除濕陷性為主。濕陷性黃土地基的處理范圍和處理厚度應根據建筑類別、基礎形式、基底面積、基底壓力、地基土的類型、濕陷等級、各土層的濕陷系數以及濕陷起始壓力沿深度的分布情況來確定。

國內目前對濕陷性黃土地基較常用的處理方法有：土（或灰土）墊層、重錘夯實、強夯、土（或灰土）擠密、深基礎或樁基礎、預浸水法、硅化法。應根據建筑類別、濕陷性黃土的特性、施工條件和材料的可能性等，通過技術經濟比較，加以選用，有時會采用兩種以上的處理方法，保證處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件。（現就陜西某化工集團煅燒重灰廠房自重濕陷性黃土地基中地質報告建議采用的兩種處理方法進行論述。）

3.1 灰土和素土墊層法

擬建的煅燒、重灰廠房為丙類建筑，根據擬建場地地質詳勘報告，場地濕陷性土層的最大厚度為10.5m，場地的濕陷類型屬自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級（中等），而地下水位為－14.2～14.4 m，濕陷性土層都在地下水位以上，經濟及施工技術要求都比較好，根據勘察試驗資料計算，地基土層處理2.5m后的剩余濕陷量Δ＝22.65～33.12cm；地基土層處理4.5m后的剩余濕陷量Δ＝12.1～17.88cm；滿足規范未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不大于200mm的要求。采用灰土換填，把基底以下一定土層厚度的濕陷性黃土層挖除，然后用3∶7灰土分層夯實或碾壓，壓實系數不小于0.95，它消除了墊層范圍內土層的濕陷性，減少地基的壓縮性，提高地基的承載力，這種方法施工簡單，對周圍環境及建筑影響小，經這種處理后的地基承載力可顯著提高，一般為250kPa左右。如果采用建筑物下整片墊層處理，這樣既可以消除基底以下部分黃土的濕陷性，同時借助于整片灰土（土）墊層的隔水效果，可預防水從室內外滲入地基，保護建筑物范圍內下部未處理的濕陷性黃土不致受水浸濕，以免發生不均勻沉降。

3.2 樁基礎

在濕陷性黃土地區采用樁基礎，將樁穿透濕陷性黃土層，在非自重濕陷性黃土場地，樁端應支撐在壓縮性較低的非濕陷性土層中，則可以認為全部消除地基土層的濕陷性，在自重濕陷性黃土場地，樁端應支撐在可靠的土層中。濕陷性黃土地區樁基礎一般采用打入樁、靜壓樁鉆孔或人工挖孔灌注樁及沉管灌注樁等，近年來使用較多的為鉆孔（人工挖孔灌注樁），在蘭州等濕陷性黃土濕陷性較強烈的地區大多為端承樁，西安、河南等濕陷性相對較弱的地區大多為端承樁或摩擦端承樁。在濕陷性黃土地區采用的樁基礎與其它地區有一點不同，就是應該考慮樁的負摩擦力問題。所謂負摩擦力，就是浸水后的自重濕陷性黃土層，土的下沉速率大于樁的下沉速率時，土對樁側表面產生向下的摩擦力，通常認為，樁的負摩擦力只出現在自重濕陷性黃土地基中，而非自重濕陷性黃土地基中的樁基側不用考慮，但多年來的濕陷性黃土地基樁基工程的經驗證明，非濕陷性黃土地基，浸水后的樁基仍然可能產生負摩擦力，雖然負摩擦力的數值比自重濕陷性黃土地區要小得多，在有些情況下也不能忽視。

濕陷性黃土層浸水后將產生濕陷，但樁在荷載作用下也將產生下沉。在樁的上部，土層的下沉大于樁的位移，因而產生負摩擦力，在樁的下部，土的下沉小于樁的位移，將產生正摩擦力。在負摩擦力過渡為正摩擦力處，有一個“中性點”，該點處樁的位移與土的下沉相等，因而摩擦力為零。計算負摩擦力時，只考慮“中性點”以上部分，也就是負摩擦力的計算深度。在濕陷性黃土場地的實驗證明，中性點的位置基本位于濕陷性黃土與其下非濕陷性黃土的交界部位。因此負摩擦力的計算深度應等于樁在濕陷性黃土層的全部樁長，應通過現場試驗確定樁負摩擦力的大小，在施工樁基時，特別是灌注樁成孔后必須清底干凈，防止影響樁的樁端承載力，引發事故。

4 應用實例

本工程為某化工集團60kt／a普通煅燒重灰廠房，由兩個框架單體廠房和中間帶一個煅燒單層鋼結構廠房組成。由于此工程是在老廠區內部新加改擴建工程，場地周圍有其它廠房和構筑物，場地狹小，不能采用樁基及其它的地基處理方式，故根據場地現有情況，采用以下結構技術措施：

1）地基處理措施

在建筑物基礎下采用整片灰土墊層的地基處理方法，將基礎下4.5m厚土層挖除，用3∶7灰土回填，分層壓實，分層厚度為300mm左右，壓實系數≥0.95，整片墊層處理范圍，每邊超出建筑物基礎外邊緣的寬度應≥4.5m，墊層施工時，應在每層表面下2／3厚度處取樣檢驗土的干密度≥16kN／m3，取樣數量為100m2每層3處，墊層施工完畢應進行現場載荷試驗，地基承載力特征值≥180kPa。

2）結構措施

基礎采用剛度比較大的筏板基礎，增加結構的整體性，調整不均勻沉降所帶來的上部結構變形問題，煅燒廠房和重灰廠房之間的單層結構采用鋼結構屋架，與兩側的鋼筋混凝土框架結構實行鉸接連接，以調整不均勻沉降帶來的結構變形問題。

3）防水措施

妥善處理建筑物的雨水排水系統，室內地坪高出室外地坪450mm，采用有組織外排水，選用耐用材料的水落管，其末端離散水面不應大于300mm，建筑物的外圍應設散水，散水外邊緣應略高于平整后的場地，散水應采用現澆混凝土澆筑，其下設置3∶7灰土墊層。

采用此方法處理后的地基和上部結構，經過幾年的使用，效果良好，其上部結構沒有發現有大的變形，值得欣慰。

5 結 語

綜上所述，在濕陷性黃土地基上設置灰土（土）墊層，在我國是一種傳統的地基處理方法，已有近二千年的歷史，施工簡單，造價低，被廣泛采用。樁基礎中的樁穿透濕陷性黃土層，支承于可靠持力層上，可全部消除地基的濕陷性，能完全保證建筑物的安全，這兩種地基處理方法在實際工程中也都取得了良好的經濟效益，積累了一定的施工經驗，只要按照施工規范控制施工質量，就能取得良好的效果。

［1］ 顧曉魯，錢鴻縉，劉慧珊，汪時敏.地基與基礎（第二版）［M］：北京中國建筑工業出版社，1993

［2］ GB50025－2004，濕陷性黃土地區建筑規范［S］

TU 472

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1005－8370（2012）06－27－03

2012－08－06