濕陷性黃土地基處理方法的分析及在工程中的應用

宋平平（北京桑德環境工程有限公司 北京 101102）

0 引言

隨著國家經濟的發展和社會的進步，建筑工程數量越來越多，分布越來越廣，遇到的地質條件也越來越復雜。其中黃土就屬于特殊類型的土質，其在我國分布范圍比較廣，覆蓋面積多達60多萬km2[1]，尤其是在西北地區，濕陷性黃土的分布非常明顯，所以在這類地區進行工程建設，首先就要采取措施除去黃土可能存在的安全隱患。

1 濕陷性黃土形成原因與特征

1.1 濕陷性黃土形成原因

濕陷性黃土是指在覆蓋土層自重應力作用下，或者在自重應力和附加應力共同作用下，受水浸濕后土層結構破壞，并產生明顯的附加沉降的黃土[2]。有研究表明[3]，黃土濕陷的問題主要發生在降水很少的干旱和半干旱地區。而黃土產生濕陷的最主要的原因是土質含水率，影響含水率的因素有：大氣降水，生產和生活用水滲入地下，管道漏水，地下水位上升等。

1.2 特征

濕陷性黃土通常為黃褐，褐黃，灰黃，棕黃等顏色，含鹽量較大，特別是碳酸鹽含量突出，粉土顆粒含量居多，具有大孔性，呈松散結構狀態，無層理，在天然剖面上，具有垂直節理，遇水易發生濕陷[4]。我國濕陷性黃土主要分布在西北、東北、華中和華東部分地區。

由于濕陷性黃土地基具有濕陷的特性，如在未經處理的地基上進行建設，很容易造成建構筑物的不均勻沉降，甚至可能產生傾斜乃至倒塌。因此改善濕陷性黃土的性狀，降低土的不穩定性，防止其濕陷的發生，部分甚至全部消除黃土濕陷性的危害，具有迫切的現實意義。

2 處理方法及適用條件

防止濕陷性黃土地基濕陷的措施，可分為地基處理措施、防水措施和結構措施三種[5]。《濕陷性黃土地區建筑規范》（以下稱‘規范’）的精神是“以地基處理為主，防水措施和結構措施為輔的原則設計地基基礎”[6]。因此在實際工程中應強調地基處理為主的綜合措施。

常見的地基處理方法有墊層法、強夯法、擠密法、預浸水法和樁基礎等。實際運用時應根據建筑物的類別、濕陷性黃土的特性，并考慮施工條件、材料來源，結合各地的經驗，最終經過技術經濟綜合比較后合理選用。

2.1 墊層法

墊層法包括素土墊層和灰土墊層，在濕陷性黃土地區使用較廣泛，經濟處理深度一般為3m以下。墊層法主要用于丙類建筑物，處理后大多能消除地基土的部分濕陷。其優點是取材方便，施工質量容易控制，經濟實用；缺點是開挖面積大，且受天氣影響，處理深度超過3m時很不經濟，其處理深度有一定的局限。

2.2 強夯法

強夯法用于地下水位以上，飽和度≤60%的濕陷性黃土局部或整片處理，處理深度為3～12m。其特點是：原位處理無需置換，節省勞力，機械化程度高，施工速度快，尤其在中低能量（3000KN/m強夯能級以下）表現特別出色。但工程中高能量強夯（3000KN/m強夯能級以上）具有以下缺點：施工緩慢、效率較低、費用較高，同等強夯能級下處理不同土類深度差異較大，且含水率對施工質量亦有很大影響，故使用相對較少。現實際工程中使用最廣泛的是1000~3000KN.m強夯能級，處理厚度3.5~6.5m，處理效果比較穩定，費用也相對經濟[7]。

2.3 擠密法

擠密法用于處理地下水位以上的濕陷性黃土，地基土的含水量需介于12%~24%，飽和度≤65%，處理深度為5～15m。該處理方法包括土擠密樁、灰土擠密樁、孔內深層強夯法（DDC樁）[8]、夯實水泥土樁等。樁體材料可以是素土、碴土、碎石或灰土（二灰土、三合土、水泥土、粉煤灰）等。擠密樁具有以下特點[4]：消除黃土的濕陷性較顯著；樁與樁間土組成的復合地基能充分發揮樁土作用；施工方便，質量容易掌握；經過時間的檢驗地基的穩定性非常好；經濟效益顯著，工期較短。選用何種樁體材料，應根據地基處理的目的和要求選用便于取得的材料。

2.4 預浸水法

預浸水法適用于地基濕陷等級為Ⅲ級或Ⅳ級的自重濕陷性黃土場地，可消除地面下6m以內濕陷性黃土層的全部濕陷性。工程實踐證明，當場地的濕陷性黃土層大于10m，或自重濕陷量的計算值大于500mm時候，使用浸水法可消除地面以下6m范圍內的全部濕陷性。預浸水法具有操作簡便，處理范圍廣、深度大，投入低產出高等優點。缺點是工期長、耗水量大，對周邊臨近的建構筑物的距離有一定要求，而且浸水結束后，應在基礎施工前進行補充勘察，重新評定場地的濕陷性。

2.5 樁基礎

當采用地基處理措施不能滿足設計要求的建筑，或經技術經濟綜合分析比較，采用地基處理不合理的建筑，宜采用樁基礎。適用的樁基礎有灌注樁和預制鋼筋混凝土樁。樁基礎的選擇應根據工程要求、土質情況、施工條件等因素綜合確定。

3 工程案例

下面針對實際的工程案例進行分析，根據相關規范并結合各種處理方法的特點，選擇適合的地基處理方案，對場地的濕陷性黃土進行處理。

3.1 工程概況

陜西省韓城市某污水處理廠二期項目二沉池，位于韓城市太史大街東延，某污水處理廠內，地面標高介于99.08~99.72m之間，高差0.64m，場區±0.000對應絕對標高為100m。場地地貌單元屬黃河Ⅱ級階地。勘探期間未見地下水。二沉池外壁直徑26.8m，共兩個，左右對稱布置，占地面積：1260.26㎡，二沉池底板埋深為地下-3.0m（絕對標高為97m），為筏板基礎，基底壓力不超過120KPa。根據該污水處理廠規模，按照規范規定，屬于乙類建筑。

3.2 工程地質條件

擬建場地為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷性等級為Ⅱ級，場地土層分布及特征見表1。

表1 場地土層分布及特征表

3.3 地基處理方案及設計參數

根據地勘資料顯示，二沉池底板坐落在第3層黃土層上，該土層具有濕陷性。根據規范條文可知，該黃土場地最小處理厚度不應小于濕陷性土層深度的2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于150mm。

根據地勘報告，二沉池所在總圖平面位置的地勘點為ZK32~ZK34，ZK37~ZK39，ZK42~ZK44，ZK47~ZK49，共12個孔點的剖面圖顯示，底板下該黃土層厚度介于10.3~11m之間，則需要處理的最小厚度應為2h/3，即7.33m，底板以下需要處理的厚度需大于6m，再根據另一邊界條件“下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于150mm”，計算各點滿足要求的深度，取處理深度底標高最小值90.18后，最終確定了擠密樁處理深度應至底板下6.8m。各點計算深度值見表2。

表2 各孔點處理深度計算表

該工程地基處理以消除地基土的濕陷性為主要目的，同時增強其水穩定性，結合第2部分給出的處理方法，選擇了3種方案進行比選，一是灰土擠密樁、二是預浸水法、三是強夯法。考慮到該項目建構筑物占地面積約1.0萬m2，且工期很緊，如采用預浸水法，根本無法保證工期，且本次新增加的單體，與原廠區既有建構筑物間距不能滿足50m要求，因條件限制無法采用預浸水法；對于強夯法，因廠區單體下需處理的地基厚度深淺不一，考慮到該方法處理厚度超過6m時效果不穩定，故放棄采用該法，最終確定采用灰土擠密樁法，對新建廠區地基統一進行處理。

為節約資源并盡可能的降低造價，灰土擠密樁的樁身材料就地取材，采用原土過篩就地拌合2∶8灰土，具體設計參數如下：樁徑采用400mm，樁孔呈正三角形布置，樁間距為1200mm，樁排距為1040mm，樁頂標高以上設置300mm厚的3∶7灰土褥墊層，有效樁長為6.4m。處理范圍為基底外邊緣各向外2m。

3.4 成樁試驗檢測及施工注意事項

根據規范規定，地基處理施工前，需進行成樁試驗，試驗結果應滿足設計要求，同時取得相應的參數后再進行地基處理施工。

相關試驗參數[9-10]要求如下：樁間土平均擠密系數不宜小于0.93、最小擠密系數ηdmin不宜小于0.88、樁身土平均壓實系數不應低于0.97、復合地基承載力特征值fspk≥160kPa、樁間土濕陷性應消除。

3.5 其他措施

對于乙類建筑，除了進行地基處理以外，還應采取必要的防水措施和結構措施。因此該工程在二沉池外池壁圓周四分點處設置沉降觀測點，要求在施工和使用期間進行沉降觀測。同時在二沉池四周設置1.5m寬散水防止地面水的滲透。

4 結語

所結合的韓城市某污水處理廠工程實例，是在濕陷性地基上進行的工程建設，采用的灰土擠密樁在實際工程中亦得到廣泛的應用，具有施工簡便、經濟合理等優點，所給的設計方案希望對工程設計人員有一定的參考價值。