淺談紅黏土地基承載力及處理技術(shù)

馬陽 劉新龍

摘? 要：紅黏土是是一種含水量高而且孔隙比大的土，紅黏土的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。我們可以在橫向與豎向上，來分析紅黏土地基承載力，可以通過載荷試驗、旁壓試驗來完成。紅黏土失水收縮性明顯，可以采用強夯法來處理。

關(guān)鍵詞：紅黏土;地基承載力;載荷試驗;旁壓試驗;強夯法

Abstract：Red clay is a kind of soil with high water content and large pore ratio，and the structure of red clay is unstable. We can analyze the bearing capacity of red clay foundation in horizontal and vertical，which can be completed by load test and side pressure test. The shrinkage of red clay is obvious and can be treated by dynamic compaction.

Key words：Red clay;Foundation bearing capacity;Load test;Side pressure test;Dynamic compaction

紅黏土是一種特殊的土，紅黏土是一種絮狀結(jié)構(gòu)的土，絮狀結(jié)構(gòu)的土一般的含水量都很大，因為存在著大量的孔隙，其的結(jié)構(gòu)并不是很穩(wěn)定。但是，土的結(jié)構(gòu)性越強，其經(jīng)過擾動后的強度降低的越少。紅黏土也是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，只是它的液限大，液限是指土由流動狀態(tài)轉(zhuǎn)為可塑性狀態(tài)的界限含水量。紅黏土地基的建筑物由于土的含水量比較大，常常會造成建筑物發(fā)生不均勻的沉降，而導(dǎo)致建筑物的開裂，那么，對于我們來了解紅黏土的地基的承載力和處理技術(shù)就顯得十分的重要。那么，我們就先說下平板載荷試驗來進(jìn)行的原位測試。再說平板載荷試驗之前我們必須首先要說下建筑物，在建筑物的下面是基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)的下面是地基，地基有兩部分，直接支撐基礎(chǔ)的土層為持力層，在持力層的下方為下臥層，還有一個問題是地基按照埋置深度分為淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)，淺基礎(chǔ)的埋置深度小于或等于5米，而淺基礎(chǔ)如獨立基礎(chǔ)，深基礎(chǔ)如箱形基礎(chǔ)，地下連續(xù)墻等這些。結(jié)構(gòu)物中又分為建筑物與構(gòu)筑物，建筑物為直接可供人們在其的內(nèi)部生產(chǎn)生活的結(jié)構(gòu)物，構(gòu)筑物是不能供人們其的內(nèi)部生產(chǎn)生活的結(jié)構(gòu)物。地基與基礎(chǔ)是隱秘工程，出現(xiàn)了問題不容易發(fā)現(xiàn)，也來不及補救。地基與基礎(chǔ)的問題與復(fù)雜性，首先基礎(chǔ)的問題會造成建筑物的傾斜，地基的下沉，墻體開裂，地基發(fā)生剪切滑動和地基液化。在處理地基與基礎(chǔ)，我們可能會遇到軟弱地基，軟硬不均的地基和古墓、古河道和地下暗河。有了這些知識作為鋪墊，我們就可以來說下平板載荷試驗^[1-5]。

到目前為止，載荷試驗仍然是確定地基承載力的主要的方法，平板載荷試驗是一種年代比較久遠(yuǎn)的原位測試方法，而且同一土層參加試驗的不應(yīng)少于3個，平板載荷試驗的原理是在地基上放一個剛性的板，然后在板上加荷載，荷載通過板傳遞給地基，通過看地基土的變形特性來評判地基土的承載力。平板載荷試驗分為淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗。平板載荷試驗由一點壓力所對應(yīng)的是地基土的沉降量來進(jìn)行計算。但是平板載荷試驗是建立在半無限的彈性體上的，那么就會要求我們所監(jiān)測的土層必須為均質(zhì)土，這在實際上是很難的。而且平板載荷試驗的影響深度不是那么的大，是有限度的。在1950年時，我國出現(xiàn)了另外一種地基承載力的檢測方法，叫做深層平板載荷試驗。該試驗是先用鉆機(jī)鉆一個孔，鉆到一定的深度，這個深度既不要太深也不要太淺，這個深度是預(yù)先確定好的。鉆孔的直徑在400毫米左右。然后我們用鉆桿將括刀放入到孔底。鉆桿通過旋轉(zhuǎn)數(shù)次可以把孔底弄平。取出括刀。接下來在孔底放入承壓板，將加荷載裝置與鋼管連接，就可以得到一個沉降量與所加荷載的曲線，最后就可以算出地基的承載力。這兩種方法都可以應(yīng)用到紅黏土中，但是效果都不是很好，那是因為這兩種平板載荷試驗都是建立在半無限的彈性體上，一個是其的表面，另外一個是其的內(nèi)部。在確定地基承載力的時候，淺層平板載荷試驗需要做深度修正，但深層平板載荷試驗不需要做深度修正。還有一點需要去說明就是在深度平板載荷試驗其的括刀很難將孔底弄平。但是，我們可以從平板載荷試驗中看出紅黏土地基承載力在橫著的方向上來說有較大的變化，而在垂直的方向上來說，地基承載力出現(xiàn)了先增大后減小的這種變化。而深層平板載荷試驗有很多的缺點，在1960年這種方法就已經(jīng)停用了。后來出現(xiàn)了螺旋壓板試驗，這種試驗取得了不鎖的效果，它現(xiàn)在也可以使用與紅黏土中。我們上面通過平板載荷試驗得到紅黏土在較小的范圍內(nèi)地基承載力出現(xiàn)較大的變化，那是因為紅黏土地層在垂直的方向上具有分帶性的特點和水平方向上的不均勻性。所以光通過平板載荷試驗來對于紅黏土的地基承載力作出判斷是不行的，我們還要通過旁壓試驗相結(jié)合在作出判斷^[6-10]。

旁壓試驗^[11-13]是將鉆孔內(nèi)放入橫向的旁壓器，通過旁壓器對于土體橫向施加荷載，使土體發(fā)生變形，來找出應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。旁壓試驗因為試驗的方法簡單和準(zhǔn)確，常常用來測紅黏土的地基承載力。旁壓試驗是向土體分階段進(jìn)行往里面沖入氣體施加壓力，得到壓力與所發(fā)生的距離變化的值的關(guān)系。旁壓試驗的曲線分為接觸階段、直線變形階段和塑性變形階段。接下來說下紅黏土地層的處理方法是強夯法，強夯法處理孔隙率大的土，利用沖擊荷載來處理紅黏土，強夯法適用的范圍廣，設(shè)備簡單和施工方便。再利用強夯法處理紅黏土的時候，一定要先計算出有效加固深度，這一點是十分重要的。有效加固深度的影響因素也是十分多的，這個落錘的質(zhì)量和落錘落在地面之間的距離是其的影響因素之一，一般來說，在夯擊紅黏土?xí)r，選擇的落錘質(zhì)量和落錘落在地面上的距離越大越好，這樣的話不僅可以省錢還可以省時省力，一舉多得。夯錘的選擇，一般情況下國內(nèi)選擇的是10噸到25噸重的鑄鋼夯錘。落距的選擇采用的落距一般國內(nèi)為8米到25米。夯擊點的布置上一般呈等邊三角形，等腰三角形或正方形來布置。對于較大面積的紅黏土地層為了便于去施工，我們通常的情況下采用的是等邊三角形或者正方形來布置夯擊點的位置。夯擊點的位置一定要去注意，不宜過小。根據(jù)大量的工程實踐來說，一般情況下為1到8遍，像紅黏土的話，夯擊數(shù)2到3遍即可。夯擊的間歇時間那是由土的滲透性來決定的，紅黏土的話夯擊的間歇時間不應(yīng)少于3到4周，這樣才能使超靜孔隙水壓力消散，這就是強夯法在處理紅黏土?xí)r需要注意的幾點內(nèi)容。

排水固結(jié)法^[14-15]是處理紅黏土的另外一種有效的方法，排水固結(jié)法由兩部分組成，它是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)組成，排水系統(tǒng)是由水平方向上的排水墊層和豎直方向上的排水體所組成。當(dāng)這種紅黏土層較薄時，可以僅在地面上鋪設(shè)一層砂墊層即可，然而僅僅只有排水系統(tǒng)而沒有加壓系統(tǒng)那是不行的，因為沒有壓力孔隙中的水自然不會流出，紅黏土地基也就得不到加固，而且加固系統(tǒng)有堆載預(yù)壓法，真空預(yù)壓法和堆載、真空聯(lián)合預(yù)壓法。其中堆載預(yù)壓法是利用填進(jìn)去的土等這些對于地基進(jìn)行預(yù)壓，它是一種增加總應(yīng)力，而是孔隙水壓力變得沒有來去增加有效應(yīng)力的方法。堆載一般情況下所用的材料是填土或者是碎石這些。而對于真空預(yù)壓法它是利用大氣的壓力來做為載荷的一種排水固結(jié)的方法。先在紅黏土的地層上先鋪設(shè)一層水平的砂墊層，再砂墊層的下方設(shè)置砂井或塑料排水帶。而且在上面覆蓋上2到3層不透氣的薄膜，并將其埋入到土中。通過埋設(shè)于砂墊層的濾水的分布管道，利用真空裝置抽取紅黏土地基中的水與氣，使封閉的膜內(nèi)外形成大氣壓差。利用這一壓力差使孔隙水壓力不斷的降低，有效應(yīng)力不斷的提高。使紅黏土地基不斷地固結(jié)，來提高其的地基承載力。這就是排水固結(jié)法處理紅黏土地基的內(nèi)容。

最后來介紹下現(xiàn)在比較流行的處理紅黏土地基的方法，叫做水泥粉煤灰碎石樁，也被叫做CFG樁^[16-20]，它是在碎石樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是將碎石樁加入一些石屑、粉煤灰還有少量的水泥而制成的一種具有一定粘結(jié)強度的樁。在1970年的時候，人們首先利用它在砂土或者粉土中，取得了不錯的效果。后來將其用到紅黏土中，也取得了不錯的效果。CFG樁加固紅黏土低級的主要的作用有樁體本身的作用、擠密的作用和置換的作用。那么，就是說在荷載的作用下，CFG樁的壓縮性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于周圍的土體的壓縮性，基礎(chǔ)傳遞給地基的荷載漸漸由樁體來承擔(dān)，出現(xiàn)了應(yīng)力集中。CFG樁要有一定的粘結(jié)強度，一般來說是按照C7到C15的混凝土的強度來設(shè)計的。CFG樁采用振動沉管法施工，機(jī)械的振動使樁間的土更加的密實。再設(shè)計CFG樁時，樁徑一般情況下350毫米到500毫米，樁體間的距離要考慮的因素還有很多，樁體如何更好地發(fā)揮作用和場地條件還有這個樁體的成本，最后我們要考慮的一個問題就是承載力的問題了。

紅黏土地基的處理方法我們上面說到了強夯法、排水固結(jié)法和水泥粉煤灰碎石樁法，我們也談到了紅黏土的地基承載力光用平板載荷試驗是不行的，我們要結(jié)合旁壓試驗一塊來分析才行。雖然這些處理紅黏土地基的方法很好，但在實際上，還是出現(xiàn)紅黏土地基的承載力不足，不容易壓實等這些問題，還有待我們?nèi)ソ鉀Q。

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作者簡介：馬陽，1994年12月出生，男，回，河南省駐馬店市汝南縣，西安工業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向巖土工程施工及設(shè)計。