自重濕陷性黃土地基處理技術(shù)應(yīng)用

趙 文

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

自重濕陷性黃土在含水率變化時具有濕陷性、強(qiáng)度降低等不良特性，在工程建設(shè)的前期階段，應(yīng)結(jié)合建筑物的地基承載力要求、基礎(chǔ)類型等選擇較為合理的黃土地基處理方法，確保地基承載力和變形符合建(構(gòu))筑物長期使用的安全條件[1-3]。技術(shù)人員經(jīng)研究提出了強(qiáng)夯法、換填墊層法、預(yù)浸水法、擠密法、化學(xué)改性法等方法[1-5]。本文結(jié)合現(xiàn)場工程實(shí)例，應(yīng)用砂礫石換填墊層法，作進(jìn)一步的試驗(yàn)分析，確定了具體的工藝要求和技術(shù)參數(shù)，可為類似黃土地基處理工程提供參考。

1 工程概況

咸陽某電廠二期工程擬建重要建(構(gòu))筑物有：主廠房區(qū)域、爐后區(qū)域、煙囪、間接冷卻塔、循環(huán)水泵房等，主要建(構(gòu))筑物柱腳荷載在104kN～5×104kN，基底壓力在200 kN/m2～500 kN/m2之間，基礎(chǔ)形式主要有獨(dú)立基礎(chǔ)和環(huán)板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深-4.0 m～-7.0 m，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級。

場地地層由上向下依次為①素填土、②黃土、③-1粉土和③圓礫，下伏地層為白堊系志丹群洛河組地層(K)，巖性主要為長石砂巖和礫巖。典型地層剖面見圖1。

擬建工程地層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 擬建工程地層物理力學(xué)指標(biāo)

2 地基評價

2.1 地基土的承載力評價

結(jié)合現(xiàn)場原位試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)成果，綜合評定出各層地基承載力，見表2。

表2 地基承載力特征值評定表 kPa

2.2 地基土的變形特性評價

②黃土，稍密～中密，根據(jù)試驗(yàn)得出壓縮系數(shù)a1-2在0.10 MPa-1～1.07 MPa-1之間，壓縮模量Es在1.9 MPa～16.4 MPa之間；屬于中等～高壓縮性土。

③-1粉土，稍密～中密，根據(jù)試驗(yàn)得出壓縮系數(shù)a1-2在0.10 MPa-1～0.86 MPa-1之間，壓縮模量Es在2.2 MPa～15.9 MPa之間，屬于中等～高壓縮性土。

③圓礫，稍密～中密，根據(jù)試驗(yàn)確定其壓縮模量Es為30.0 MPa，屬低壓縮性土。

2.3 地基土的濕陷性評價

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)規(guī)范[6]，場地內(nèi)8個勘探點(diǎn)中有5個為自重濕陷，濕陷等級Ⅱ(中等)，3個為非自重濕陷，濕陷等級Ⅰ(輕微)。場地按自重濕陷場地考慮，濕陷等級為Ⅱ(中等)，最大濕陷深度為②黃土層底，濕陷起始壓力69 kPa。

2.4 天然地基可行性分析

①層素填土，未經(jīng)嚴(yán)格壓實(shí)，性質(zhì)不均，局部呈現(xiàn)鹽漬土特征，具溶陷性，不能成為大型建(構(gòu))筑物的天然地基持力層。

②層黃土濕陷等級為Ⅱ，不能作為主要建(構(gòu))筑物和對不均勻變形限制嚴(yán)格的附屬建(構(gòu))筑物的天然地基持力層。

③-1層粉土不能成為主要建筑物和荷載較大的附屬建(構(gòu))筑物的天然地基持力層。

③層圓礫工程性質(zhì)較好，為較合適的地基持力層和下臥層，由于該層中存在③-1粉土夾層，必要時需作軟弱下臥層驗(yàn)算。

基巖工程性質(zhì)很好，為理想的地基持力層和下臥層。

3 換填墊層法技術(shù)應(yīng)用

3.1 技術(shù)方案內(nèi)容

本工程鍋爐房、冷卻塔等主要構(gòu)筑物采用換填墊層法處理濕陷性黃土地基，將素填土、黃土及粉土層挖除，自③圓礫層頂換填涇河漫灘砂礫石墊層至基底，回填料厚度約2 m～5 m。

3.2 技術(shù)方案可行性分析

擬建場地附近的涇河高漫灘、一級階地儲藏有大量卵礫石料，選取天然級配砂礫石做篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖2。

通過篩分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算出，Cu=8.4，Cc=1.9，天然砂礫石級配良好，滿足換填材料性能要求。

采取涇河漫灘砂礫石做室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)，典型曲線見圖3。

天然級配砂礫石修正后平均最大干密度是2.37 g/cm3，修正后平均最優(yōu)含水率是4.39%。

現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)共分十二層攤鋪，每一層取不少于6點(diǎn)檢測碾壓后的砂礫石含水率及干密度，匯總檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 各層砂礫石試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表3所示檢測數(shù)據(jù)可見，碾壓結(jié)束單層干密度平均值2.35 g/cm3～2.55 g/cm3。

綜合兩種試驗(yàn)成果表明，天然級配砂礫石可作為換填材料，換填施工最大干密度取2.42 g/cm3，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。

3.3 工藝流程及技術(shù)要求

開挖基坑→檢驗(yàn)砂礫石→分層鋪筑→含水率調(diào)整→機(jī)械碾壓。

1)開挖要求：采取1∶1的坡率放坡開挖，開挖至③圓礫層層頂，并確保上覆②黃土及③-1粉土完全清除。

2)換填砂礫石要求：最大粒徑不宜大于50 mm；材料應(yīng)級配良好，不均勻系數(shù)Cc>5，曲率系數(shù)Cc=1～3；有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)大于4%；含粘性土量(d<0.075 mm)不應(yīng)超過5%。

3)攤鋪要求：分層平攤砂礫石材料，每一層虛攤厚40 cm。

4)含水率要求：碾壓前測定含水率，若砂礫石過濕，碾壓前要翻曬。

5)碾壓要求：壓路機(jī)工作質(zhì)量大于22 t，激振力不小于410 kN，初壓、終壓各靜壓一遍，中間動壓8遍，振動行駛速度不大于2.7 km/h。

3.4 技術(shù)方案質(zhì)量控制

1)原位密度試驗(yàn)。

嚴(yán)格執(zhí)行過程質(zhì)量檢驗(yàn)，每一層經(jīng)檢驗(yàn)合格后再攤鋪上一層砂礫石。采用“灌砂法”做原位密度試驗(yàn)，檢測結(jié)果顯示每一層砂礫石平均干密度2.37 g/cm3～2.53 g/cm3，計(jì)算得每層平均壓實(shí)系數(shù)在0.97～1.05之間，符合相關(guān)規(guī)范[6,7]及設(shè)計(jì)要求。

2)原位載荷試驗(yàn)。

碾壓完成后用平板載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)地基承載力，整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢測點(diǎn)地基承載力特征值fak在720 kPa～880 kPa之間，對應(yīng)沉降值11.3 mm，變形模量Es在53 MPa～64 MPa之間，基床系數(shù)1.60×105～1.95×105。換填地基承載力特征值fak≥650 kPa，壓縮模量Es≥50 MPa，滿足相關(guān)規(guī)范[6,7]及設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

1)本技術(shù)方案采用砂礫石換填濕陷性黃土地層后，地基承載力顯著提高，達(dá)到650 kPa以上，壓縮模量超過50 MPa，能夠符合主要建(構(gòu))筑物對地基承載力和變形的限定條件，可作為地基持力層。

2)經(jīng)大量的室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)表明，涇河漫灘天然級配砂礫石材料各項(xiàng)性能參數(shù)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，可作為換填材料。天然級配砂礫石材料修正最大干密度是2.42 g/cm3，修正最優(yōu)含水率是4.39%。

3)經(jīng)現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)表明：當(dāng)選用工作質(zhì)量重過22 t，激振力超過410 kN的壓路機(jī)，在單層虛鋪厚度控制在400 mm的情況下，最優(yōu)碾壓遍數(shù)為10遍，初壓、終壓各靜壓1遍，中間動壓8遍，壓實(shí)系數(shù)可超過0.97。