西北干旱地區大厚度濕陷性黃土地基處理方案探討

張忠雄，梁 誼，何建東，安 毅

(1.寧夏強夯機械工程有限公司，寧夏 銀川 750000；2.中聯西北工程設計研究院有限公司，陜西 西安 710043；3.機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043；4.西安建筑科大工程技術有限公司，陜西 西安 710000)

1 概述

西北地區近年來開展了大量工業建筑場平等高填方工程，涉及到大面積、大厚度、低含水率的濕陷性黃土地基處理。濕陷性黃土廣泛分布于西北地區，在一定壓力下受水浸濕，土體結構會迅速破壞，并產生顯著附加下沉[1]，特別是低含水率、大厚度濕陷性黃土，濕陷性強烈，對工程的危害更大。在濕陷性黃土場地上工程項目，如何消除黃土濕陷性，提高地基承載力，是工程關注的焦點，合理地選用地基處理方案至關重要。

濕陷性黃土地基處理應綜合考慮場地濕陷類型、地基濕陷等級、基礎結構形式以及當地建筑經驗和施工條件等因素[2]。本文以蘭州新區某化工園區Ⅳ級（很嚴重）自重濕陷性黃土地基工程為背景，分析對比了墊層法、強夯法、擠密樁法和樁基礎等幾種常用濕陷性黃土地基處理方法的可行性、處理效果及經濟合理性，給出適用于本場地的最優設計方案。同時針對場地周邊回填土處理問題，提出了幾點處理措施建議。相關成果可為后期工程建設節省投資，同時也為濕陷類似工程地基處理提供借鑒。

2 工程概況及地質條件

本工程位于蘭州新區永登縣精細化工園區，棲云山路(經三十六路)東側，緯五十五路(黨河街)北側。本工程原始地貌單元屬山前沖積扇前緣，地形起伏較小，地形北高南低。現狀場地已人工平整，地勢平坦，場地及周邊未發現不良地質現象，較穩定。根據本工程勘察報告，場地地下水埋藏較深。勘探點控制范圍內擬建場地綜合評定為Ⅳ級（很嚴重）自重濕陷性場地，濕陷下限深度為20.0m。勘察深度范圍內各土層分布及相應物理力學指標見表1。

表1 土層分布及物理力學指標

3 地基處理方案初步比選

根據規范[2]《濕陷性黃土地區建筑標準》GB50025-2018，大厚度濕陷性黃土地基上的甲類建筑基礎底面以下具自重濕陷性的黃土層應全部處理，且應將附加壓力與上覆土飽和自重壓力之和大于濕陷起始壓力的非自重濕陷性黃土層一并處理；乙類、丙類建筑應采取地基處理措施消除地基的部分濕陷量。當基礎下濕陷性黃土層厚度較薄，經技術經濟比較合理時，也可消除地基的全部濕陷量或將基礎設置在非濕陷性土層或巖層上，或采用樁基礎穿透全部濕陷性黃土層。

目前，我國濕陷性黃土地區最常用的地基處理方法包括墊層法、強夯法、擠密樁法和樁基礎等[3]。

3.1 墊層法

墊層法[4]是將濕陷性土挖至一定深度，回填抗剪強度較高、壓縮性較小的巖土材料，如砂、石渣等，并分別夯實，形成雙層地基。墊層能有效擴散基底壓力，可提高地基承載力，減少沉降。該方法適用于地下水位以上的淺層濕陷性黃土，局部或整片處理淺層地基處理，一般處理厚度為1～3m。本工程濕陷土層下限深度介于13.4～20m，為Ⅳ級（很嚴重）自重濕陷性場地。在不考慮承載力是否滿足情況下，如采用墊層處理，換填厚度普遍需在3m 以上，且換填過程中需要開挖回填土方，施工周期相對較長，故不適合采用。

3.2 擠密樁法

灰土擠密樁[5]適用于處理地下水以上的濕陷性黃土地基，它是利用沉管、沖擊或爆擴等方法，在土中成孔擠密，然后在孔中分層填入灰土并夯實。在成孔和夯實過程中，原處于樁孔部位的土全部擠入周圍土層中，使距樁周一定距離內的天然土得到擠密，從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力。灰土樁是一種柔性樁，灰土擠密樁地基上部荷載由樁和樁間土共同承擔，擠密后的地基為復合地基，類似墊層一樣共同作用，上部荷載通過其往下傳遞時應力要擴散，而且比天然地基擴散得更快，在加固深度以下，附加應力將大大減少。可處理的濕陷性黃土的厚度為5～20m。當擠密前土的含水量大于24%、飽和度大于65%或含水量很不均勻時，不宜采用該法。

本工程濕陷土層最大厚度為20m。場地內甲類建筑濕陷性需全部消除，局部最大處理深度大于20m，其余類別建筑采用擠密樁處理，處理深度介于8～15m。因此，本工程可以考慮采用擠密樁處理。但應在現場選擇有代表性的地段進行試驗或試驗性施工，取得需要的設計參數后，再進行地基處理設計和施工。

3.3 增濕聯合高能級強夯法

強夯法[6]是利用重力機械將重錘起吊一定高度后，突然釋放，重錘從高處自由下落對地基產生強大的沖擊能，在地基土中產生巨大的應力波來破壞土體原有的大孔隙結構，隨后土體重新固結，承載力提高。同時，強夯還提高了土層的均勻程度，減少地基的差異沉降。強夯法不僅能提高地基土的強度、降低其壓縮性，還能改善地基土的抗振動液化能力，消除土的濕陷性，所以該方法還常用于處理可液化砂土地基和濕陷性黃土地基等。采用強夯法處理地基時，為達到最佳強夯加密效果，地基土的含水率需處于最優含水率附近，但西北地區因降水少，黃土含水率低，直接強夯處理效果不佳，加固影響深度較小。根據國內外工程資料[7]，先對場地增濕至適宜含水率，再進行高能級強夯的過程已有相關的研究報導。

本工程濕陷性黃土最厚為13.4～20m，且地基土天然含水率介于7.4%～9.0%。不宜直接強夯，需增濕處理后采用高能級強夯處理。但應在現場選擇有代表性的地段進行試驗或試驗性施工，取得需要的設計參數后，再進行地基處理設計和施工。

3.4 樁基礎

本工程濕陷土層下限深度介于13.4～20m，為Ⅳ級（很嚴重）自重濕陷性場地。若采用樁基礎方案，另需考慮負摩阻力對樁基承載力的影響。若直接采用樁基礎，建議樁型為端承摩擦樁，以⑤層泥巖（中風化）為樁端持力層，樁端進入⑤層泥巖（中風化）的深度不應小于一倍的樁徑，遇軟弱夾層需穿透，該方案施工周期較短，工程安全系數高，但工程造價顯著增大，施工難度相對較大。因此，考慮建設投資的經濟性，不建議采用樁基方案。

3.5 場區周邊回填土處理

擬建場地屬于典型“挖填造地”工程，分布場地四周，最大填方厚度約為10m。根據場地勘察報告，場地填土屬于直接推填形成，未經碾壓處理，工程性質較差。因此，考慮到場地后期綠化帶及道路等附屬設施不發生均勻沉降，造成室外散水或路面開裂等質量問題。綜合考率填土厚度、加固質量、工期和造價等因素，建議場地周邊回填土采用直接強夯處理，強夯處理有效加固深度至少為6m。采用強夯加固施工前，應在現場選擇有代表性的地段進行試驗或試驗性施工，取得需要的設計參數后，再進行地基處理設計和施工。

4 結論及建議

根據本工程場地土的地質條件和工程特點，本場地初步可采用擠密樁或增濕聯合高能級強夯方案。無論采用何種地基處理方案，施工前均應進行相應的試驗工作，以確定處理效果和施工參數。施工完成后，應根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）和有關規定，對地基處理效果（地基強度、濕陷性消除情況）、施工質量、地基承載力等進行檢測。

本工程后續若開展增濕聯合高能級強夯試夯工作，建議：①增濕施工結束后3周進行強夯，使土體中水分有充足時間消散；②采用錘擊鋼管擠土成孔，擠土效應使孔壁趨于密實，不利于水的擴散。建議采用麻花轉成孔方式，盡量保證不對孔壁擾動，便于水分滲透，增強增濕效果。③增濕孔填充材料可采用級配良好的碎石含砂并控制含泥量不能過大，應可增強增濕效果。