濕陷性黃土地區(qū)大型水泥工廠地基處理

胡有清

（安徽海螺建材設計研究院有限責任公司，安徽 蕪湖 241070）

水泥工廠建構筑物具有上部結構荷載大、地基承載力要求高、沉降要求較嚴格的特點。除了考慮結構自身的安全性及沉降外，還要考慮建筑的沉降對設備的影響。因此在濕陷性黃土場地建設水泥工廠，需要研究黃土的濕陷特性及其機理，針對其特性采取技術先進，經(jīng)濟合理的地基處理方法顯得尤為重要。

1 濕陷性黃土的特性及濕陷性機理

1.1 黃土的特性

黃土或黃土地層是一種多孔隙和弱膠結，于第四紀干旱和半干旱的大氣環(huán)境長期作用下，逐漸形成的一種堆積物，其結構較為松散。黃土表現(xiàn)出來的力學性質基本為濕陷性、振陷性和壓密性。其工程性質同樣取決于其形成原因、年代和埋深。老黃土體現(xiàn)出的工程性質是良好的，強度高，土質密實、幾乎沒有多大壓縮性，也沒有濕陷性；新黃土強度一般，有濕陷性或嚴重的濕陷性；而新近堆積出來的黃土，其強度特別低，土質也很松散，有很大的壓縮性，濕陷性變化范圍大。

1.2 黃土的濕陷性機理

濕陷性黃土里面的孔隙既有粒間孔隙，也有肉眼可見的大孔隙。在大自然活動（主要指動植物活動）期間，往往會對大孔隙孔壁造成的擠壓，而使其變得更加密實、更加穩(wěn)定。顆粒間的孔隙，往往其直徑會比土的顆粒或顆粒集合體的直徑略大一些，在所有孔隙當中，占據(jù)了80%左右的體積。土體結構在出現(xiàn)濕陷時，一定會被破壞掉，同時粒間孔隙也會改變、大幅度減少甚至可能會消失，即黃土中孔隙的存在給土顆粒的移動創(chuàng)造了條件。故而可推斷黃土的整體強度跟其土體結構之間有密切的聯(lián)系，黃土在遇到水發(fā)生濕陷的時候，其結構狀態(tài)必然會跟濕陷變形一起發(fā)生改變，而黃土一旦開始濕陷，其粒間孔隙必然會被破壞，土顆粒也會出現(xiàn)滑移，這都是必經(jīng)過程。

2 濕陷性評價

2.1 濕陷性黃土的評價

針對黃土判定其濕陷性的時候，需要按室內飽和浸水壓縮實驗，測定在某一壓力下的黃土濕陷系數(shù)δs。若系數(shù)超過0.015，則判定該黃土為濕陷性，若系數(shù)在0.015以下，則判定該黃土為非濕陷性。

2.2 是否自重濕陷性的評價

按照濕陷形式黃土的濕陷性又可以分為一種自重濕陷性和一種非自重濕陷性。所謂的自重濕陷性指的是黃土的濕陷性，是因上覆土受水浸濕后，由其自重壓力引發(fā)的濕陷。建筑場地屬于哪一種類型的濕陷，需要按實測△zs或通過室內壓縮試驗得到的一系列△zs，經(jīng)過累計計算來判定。△zs不足70mm時，可將其判定為非自重濕陷性，若是△zs超過了70mm，就應該判定為自重濕陷性。

2.3 等級判定

等于濕陷地基具體屬于什么濕陷等級，應按濕陷量的實測值跟計算值等因素，按表一判定。

濕陷類型

表一 濕陷等級劃分

3 選擇處理地基的方法

要處理濕陷性黃土地基，可以選擇的方法較多，不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質和不同的建（構）筑物，地基處理應選用不同的方法。在地質勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)并結合工程經(jīng)驗進行分析，判定濕陷性黃土層的濕陷類別、埋深、厚度及濕陷等級后，通過技術分析，在對工期要求、造價限制，還有工藝及設備要求、環(huán)境保護等多方面的因素納入綜合考慮后，最終選擇一種最優(yōu)的地基處理方法，經(jīng)過比選后，確保處理后的地基滿足結構的承載力和變形要求。

本文以西北某水泥廠4500t/d水泥熟料生產(chǎn)線工程為例介紹在濕陷性黃土地區(qū)大型水泥工廠的地基處理。

根據(jù)地勘資料，場地屬黃土地區(qū)，上部上更新統(tǒng)新黃土及古土壤均具自重濕陷性，濕陷性黃土深度11.23～27.20m，對場地影響較大。濕陷性地層主要為上更新統(tǒng)1新黃土、1-1黑壚土、1-2古土壤、2新黃土、2-1古土壤、中更新統(tǒng)3老黃土、3-1古土壤、4老黃土、4-1古土壤、5老黃土、5-1古土壤、6老黃土。總濕陷量介于12.88～152.74cm，自重濕陷量介于7.72～75.96cm，屬Ⅲ級（嚴重）～Ⅳ級（很嚴重）自重濕陷性場地。地基土承載力特征值fak=150～230（kPa）。

按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》來看，水泥工廠大部分建筑屬于乙、丙類建筑。乙、丙類建筑一定要把地基的濕陷量降低到一定范圍內（規(guī)范強條）。

由于水泥工廠大部分建構筑物地基承載力要求高，且地基土層濕陷量遠遠超過規(guī)范要求，根據(jù)表二可知，墊層法及強夯法已無法滿足要求，而擠密法因地基處理超過15m時拔管困難，經(jīng)經(jīng)濟技術比較，選擇DDC技術（孔內深層強夯樁法）對地基進行處理，以消除濕陷性，實現(xiàn)提高地基承載力的效果。

本項目DDC工法成孔機械選用長螺旋鉆機或電動洛陽鏟，鉆孔直徑400mm；孔內分層填入2：8灰土，重錘夯擴至550mm樁徑，錘重不小于1.50t。

通過靜載荷實驗對廠區(qū)內各單體工程的地基承載力進行檢測，均能滿足達到設計要求的承載力；通過土工實驗，樁長范圍內的濕陷性均已消除。廠區(qū)內部分單體工程的地基處理設計情況見表二。

表二 某水泥工廠部分單體工程地基處理要求

在濕陷性黃土區(qū)建設水泥工廠，通過DDC工法處理地基，不僅可達到350kPa甚至以上的承載力，而且在處理范圍內的土的濕陷性可以完全消除。能夠滿足水泥工廠中絕大部分單體工程的地基承載力及沉降要求。

4 結語

通過對濕陷性黃土特性及濕陷機理的了解，可以“對癥下藥”，找到把地基當中的濕陷性成功消除的方法，從而提高地基的整體承載力，通過工程驗證，又可以為以后解決工程問題積累經(jīng)驗。濕陷性黃土地區(qū)水泥工廠的設計，不應僅僅從地基處理單方面去防止或減小建筑物地基浸水濕陷，還應采取防水措施和結構措施，多管齊下，綜合治理。