墊層法和擠密法在濕陷性黃土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用淺析

摘要：描述了黃土的分布情況和濕陷性黃土的劃分標(biāo)準(zhǔn)，闡述了處理濕陷性黃土的主要方法，并結(jié)合工程實(shí)踐論述了墊層法和擠密法在濕陷性黃土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵字：黃土，濕陷性，墊層法，擠密法

引言

濕陷性黃土是一種嚴(yán)重的不良地質(zhì)，采取措施不夠會(huì)使許多建筑物在使用過(guò)程中因地基濕陷而發(fā)生嚴(yán)重變形，所以在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)時(shí)必修謹(jǐn)慎處理，這樣才能避免無(wú)謂的經(jīng)濟(jì)損失，從而更好的進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

1黃土的分布與概述

黃土作為一種常見(jiàn)的工程地基，在世界各地分布很廣，面積達(dá)1 300萬(wàn)km2，約占地球陸地總面積的9.3%。中國(guó)黃土主要分布于北緯33°～47°之間，尤以34°～45°之間最為發(fā)育。總面積約為63.5萬(wàn)km2，占世界黃土分布的4.9%左右。濕陷性黃土濕陷性黃土為38萬(wàn)km2，約占中國(guó)黃土分布面積的60%左右，主要分布于黃河中、下游地區(qū)，厚度最大達(dá)30m左右。并具有自東向西、自南向北其濕陷性逐漸加劇的規(guī)律。

黃土是一種“年輕的”地質(zhì)圖層，這種土以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽，具有大孔和垂直節(jié)理，以黃土為基本色調(diào)，有的具有濕陷性。從地質(zhì)年代上看，第四紀(jì)早、中更新世的黃土（Q1、Q2）即所謂老黃土不具有濕陷性（在壓力200kPa的情況下），而晚更新世（Q3）和全更新世（Q4）的黃土稱為新黃土，一般具有濕陷性，通常所說(shuō)的濕陷性黃土就是指新黃土。

2黃土濕陷性劃分標(biāo)準(zhǔn)

濕陷性黃土的濕陷程度，可根據(jù)濕陷系數(shù)δs值的大小分為以下三種；當(dāng)0.015≤δs≤0.03時(shí)，濕陷性輕微；當(dāng)0.03≤δs≤0.07時(shí)，濕陷性中等；當(dāng)δs>0.07時(shí)，濕陷性強(qiáng)烈。

3濕陷性黃土處理技術(shù)

濕陷性黃土地基處理的常用方法主要有墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、預(yù)浸水法及其他經(jīng)試驗(yàn)研究或工程實(shí)踐證明行之有效的方法。在選擇地基處理方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑物的類別和濕陷性黃土的特性，并考慮施工設(shè)備、施工進(jìn)度、材料來(lái)源和當(dāng)?shù)丨h(huán)境等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較后確定。

4工程實(shí)例

4.1河南省滎陽(yáng)市某多層住宅樓，地上6層，地下一層，丙類建筑，采用磚混結(jié)構(gòu)，底板埋深-2.50m，室內(nèi)地坪比自然地面高約0.90m。線荷載標(biāo)準(zhǔn)值300kN/m。地貌單元屬山前沖洪積傾斜平原，地下水位埋深大于30米，不考慮地下水位的影響，基礎(chǔ)持力層為第○3層粉土，濕陷程度為Ⅰ級(jí)（輕微）非自重濕陷性黃土。

灰土墊層的修正后承載力特征值為220kPa，計(jì)算基礎(chǔ)寬度為1.50米。把第○3層粉土作為軟弱下臥層進(jìn)行驗(yàn)算，第○3層粉土的修正后承載力特征值faz為163kPa，灰土的壓力擴(kuò)散角取28o，按pz=b（pk-pc）/（b+2ztanθ）計(jì)算，pz=120kPa，pcz=36kPa，按公式pz+pcz≤faz驗(yàn)算，經(jīng)計(jì)算下臥層滿足要求。丙類建筑消除地基部分濕陷量的最小處理厚度，對(duì)地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)的多層建筑，地基處理厚度不應(yīng)小于1m，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始?jí)毫χ挡灰诵∮?00kPa。濕陷性黃土地基的平面處理范圍，當(dāng)整片處理時(shí)，其處理范圍應(yīng)大于建筑物底層平面的面積，超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于2m。故該工程采用厚度為1m的灰土整片換填處理，換填范圍為基礎(chǔ)外邊線外擴(kuò)2m范圍內(nèi)，滿足要求。

墊層的施工注意事項(xiàng)：4.1.1墊層施工應(yīng)根據(jù)不同的換填材料選擇施工機(jī)械，對(duì)該工程灰土墊層采用的是振動(dòng)碾。4.1.2墊層的施工方法、分層鋪填厚度、每層壓實(shí)遍數(shù)宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，墊層的分層鋪填厚度宜為200～300mm，為確保壓實(shí)質(zhì)量應(yīng)控制機(jī)械碾壓速度。4.1.3灰土墊層土料的施工含水量宜控制在ωop±2%的范圍內(nèi)，最優(yōu)含水量ωop可通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定，也可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)選取。4.1.4基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)避免坑底土層受擾動(dòng)，可保留180～220mm厚的土層暫不挖除，待鋪填墊層前再人工挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，嚴(yán)禁擾動(dòng)墊層下的軟弱土層，應(yīng)防止軟弱墊層被踐踏、受凍或受水浸泡。4.1.5墊層底面宜設(shè)在同一標(biāo)高上，如深度不同，坑底土層應(yīng)挖成階梯或斜坡搭接，并按先深后淺的順序進(jìn)行墊層施工，搭接處應(yīng)夯實(shí)密實(shí)。4.1.6換填墊層的施工質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)分層進(jìn)行，并應(yīng)在每層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后鋪填上層。4.1.7還應(yīng)滿足下列規(guī)定：墊層分段施工時(shí)，不得在柱基、墻角及承重窗間墻下接縫；墊層上下兩層的縫距不得小于500mm，且接縫處應(yīng)夯壓密實(shí)；灰土拌合均勻后，應(yīng)當(dāng)日鋪填夯實(shí)，灰土夯壓密實(shí)后3d內(nèi)不得受水浸泡。

4.2再介紹一個(gè)采用擠密法處理濕陷性的工程實(shí)例，同樣在該場(chǎng)地內(nèi)有一幢16層的住宅樓，地下一層，乙類建筑，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，底板埋深-3.55m，室內(nèi)地坪比自然地面高約0.45m。上部荷載標(biāo)準(zhǔn)值240kN/m2，工程地質(zhì)情況同前例4.1。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料，最優(yōu)含水量為16%，最大干密度為1.83g/cm3。采用灰土擠密樁整片處理，擠密孔的空位按正三角形布置，樁端進(jìn)入第○6層粉土，樁長(zhǎng)10m，樁徑400mm，根據(jù)公式s=0.95d（ηc（__）ρdmax/ηc（__）ρdmax-ρd（__））1/2計(jì)算得出樁孔之間的中心距0.987m，按樁孔的中心距2.5d考慮取1.0m。對(duì)灰土等散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力特征值按公式?spk=[1+m（n-1）] ?sk計(jì)算，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)n=4，?sk=150kPa，得出復(fù)合地基承載力特征值?spk為222 kPa，不滿足要求。調(diào)整樁孔中心距s為0.85m時(shí)，重新計(jì)算得出復(fù)合地基承載力特征值?spk為250kPa，滿足要求。故該工程采用樁徑0.4m，樁長(zhǎng)10m，樁孔中心距0.85m的灰土擠密樁整片處理，處理范圍為建筑物外墻基礎(chǔ)外邊線外擴(kuò)5.0m范圍內(nèi)；成孔工藝采用柴油錘擊沉管非排土法成孔，樁孔內(nèi)的灰土填料采用體積配合比為3：7的灰土，孔內(nèi)填料采用分層回填夯實(shí)，填料的平均壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)低于0.97，樁頂標(biāo)高以上設(shè)置500mm厚的3：7灰土褥墊層，其墊層的壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)低于0.97；對(duì)散體材料復(fù)合地基增強(qiáng)體應(yīng)進(jìn)行密實(shí)度檢驗(yàn)；對(duì)復(fù)合地基承載力的驗(yàn)收檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。該工程在施工過(guò)程中對(duì)施工工藝、施工方法和樁體材料的密實(shí)度檢驗(yàn)嚴(yán)格要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)后，復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在墊層法處理濕陷性黃土的設(shè)計(jì)過(guò)程中，既要滿足規(guī)范要求的最小處理厚度和范圍，又要充分利用換填墊層的較高承載力，還要對(duì)墊層下存在的軟弱下臥層進(jìn)行驗(yàn)算。在擠密法處理濕陷性黃土的設(shè)計(jì)過(guò)程中，樁徑、樁距、樁長(zhǎng)和處理后樁間土承載力特征值的確定與當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗(yàn)有密切的關(guān)系，缺少當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)時(shí)應(yīng)在有代表性的場(chǎng)地上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，以確定設(shè)計(jì)參數(shù)和處理效果，在地基處理過(guò)程中應(yīng)從嚴(yán)控制，對(duì)處理后的復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位靜載荷試驗(yàn)。在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)時(shí)，還應(yīng)在場(chǎng)址選擇、總平面設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面采取防護(hù)措施。

結(jié)束語(yǔ)

濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，土的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕險(xiǎn)變形，是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對(duì)建筑物危害性大。本文介紹了黃土的分布情況和劃分標(biāo)準(zhǔn)，探討了處理濕陷性黃土的主要方法，并結(jié)合工程實(shí)例指出了墊層法和擠密法在濕陷性黃土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。強(qiáng)調(diào)了在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，兼顧防水措施和結(jié)構(gòu)措施，從而達(dá)到防止地基浸水濕陷對(duì)建筑物產(chǎn)生危害。

參考文獻(xiàn)

1、GB50025-2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范

2、JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范

作者簡(jiǎn)介

李強(qiáng)（1976.1-）男，工程師，大學(xué)本科，主要從事建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。