濕陷性黃土工程的地質(zhì)特性及地基處理分析

李方華

（航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

濕陷性黃土在我國(guó)西北地區(qū)分布較為廣泛，其具有一定的區(qū)域性和局部性，該區(qū)域內(nèi)的黃土結(jié)構(gòu)與我國(guó)其他區(qū)域黃土結(jié)構(gòu)相比具有較大差異。濕陷性黃土的形成主要是由于在長(zhǎng)期的地質(zhì)環(huán)境作用下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，黃土地層中的粘粒物質(zhì)被水浸濕之后，所受重力作用下發(fā)生膨脹收縮而形成，這種現(xiàn)象也被稱之為“濕陷”。雖然黃土具有較高的強(qiáng)度和硬度，但是其具有較低的滲透性，同時(shí)其具有較強(qiáng)的自重和濕陷性。當(dāng)土壤發(fā)生濕陷后，會(huì)導(dǎo)致土壤出現(xiàn)開裂和下沉現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致建筑物傾斜和開裂等現(xiàn)象發(fā)生，因此在實(shí)際施工建設(shè)過(guò)程中應(yīng)充分考慮濕陷性黃土的特殊性，并采取有效措施進(jìn)行地基處理。

1 濕陷性黃土工程的地質(zhì)特性

1.1 物理力學(xué)特性

在濕陷性黃土工程中，其主要的物理力學(xué)性質(zhì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）濕陷性黃土的天然含水量、天然孔隙比以及天然密度都比較大，而且一般情況下都不會(huì)隨著季節(jié)的變化而發(fā)生變化。

（2）濕陷性黃土的液限以及塑限比較高，這主要是由于濕陷性黃土具有一定的顆粒成分以及膠結(jié)成分，而且隨著水分的增加，其顆粒會(huì)逐漸地向水平面移動(dòng)。

（3）濕陷性黃土在經(jīng)過(guò)浸泡之后會(huì)出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象，這種現(xiàn)象通常是發(fā)生在地基土層的底部。

（4）濕陷性黃土由于具有一定的孔隙比，所以其強(qiáng)度比較低，并且還具有一定的壓縮性。

（5）濕陷性黃土的自重應(yīng)力主要是由天然含水量、天然孔隙比以及天然密度等因素所決定的，同時(shí)還具有自重應(yīng)力比較大、壓縮變形比較小以及壓縮性比較低等特點(diǎn)。

（6）濕陷性黃土在濕陷系數(shù)方面也存在一定的差異，其差別主要表現(xiàn)在濕陷系數(shù)上。

1.2 濕陷性質(zhì)

黃土的濕陷性質(zhì)與其物理力學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系，在一定條件下，黃土的濕陷性質(zhì)是與其所含礦物質(zhì)的種類和含量有關(guān)。

（1）礦物成分：根據(jù)礦物成分、礦物顆粒大小等對(duì)濕陷系數(shù)的影響，可將黃土劃分為粉土、黃土和灰土三大類。在我國(guó)北方黃土地區(qū)，以粉土和灰土為主；而在南方黃土地區(qū)，則以黃土地為主。

（2）孔隙比：孔隙比是指單位體積中土壤顆粒的質(zhì)量占土壤總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)?？紫侗仍叫。恋目紫侗仍酱螅恋膲嚎s性就越高。

（3）含水量：在一定的條件下，黃土的含水量與其濕陷性有很大的關(guān)系，其含水量越高，濕陷系數(shù)就越大；反之，則濕陷系數(shù)就越小。

（4）非自重濕陷系數(shù)：是指由于受自重壓力作用而發(fā)生變形或破壞的程度。

1.3 濕陷性的影響因素

1.3.1 地質(zhì)環(huán)境因素

黃土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，是決定其濕陷性的重要因素，這種影響因素不僅包括黃土本身的物理性質(zhì)，還包括地質(zhì)環(huán)境條件。

（1）土層厚度：黃土濕陷性與其厚度有著密切聯(lián)系，在一定厚度的范圍內(nèi)，濕陷性隨著深度的增加而逐漸減弱；但是在黃土厚度大于15 m 時(shí)，黃土的濕陷性基本不受土層厚度的影響。

（2）濕度：由于黃土是一種半干旱地區(qū)的特殊土，其濕度隨季節(jié)變化較大，一般在雨季時(shí)濕度最大，而在干燥季節(jié)時(shí)濕度較小，因此在黃土濕陷系數(shù)隨深度增加而減小的同時(shí)，濕陷性卻隨著深度增加而增大；特別是當(dāng)大氣降水或人工降水充足時(shí)，濕陷性將進(jìn)一步加強(qiáng)。

（3）黃土的結(jié)構(gòu)：由于黃土的組成物質(zhì)成分與粘土礦物不同，其結(jié)構(gòu)也不相同，這是導(dǎo)致黃土濕陷性質(zhì)不同的主要原因；但由于黃土的膠結(jié)物為硅鋁酸鹽、鈣鋁酸鹽等，這些物質(zhì)使黃土結(jié)構(gòu)更為疏松，更易受到水的作用，使其濕陷性進(jìn)一步增加。

1.3.2 力學(xué)因素

在力學(xué)因素中，主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）土的密實(shí)程度：土的密實(shí)程度越高，土的壓縮性越大，抗剪強(qiáng)度越低，在飽和狀態(tài)下浸水后在自重壓力下發(fā)生濕陷變形的可能性就越大。

（2）含水量：土體中水的含量對(duì)土的抗剪強(qiáng)度有著顯著影響，隨著土體含水量增大，土的抗剪強(qiáng)度增大。

（3）土粒組成：土粒組成中土粒越細(xì)、比表面積越大、膠結(jié)物越多、孔隙比越大，則土粒間的粘聚力越小，土體濕陷系數(shù)越大。

（4）結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)是決定土體力學(xué)性質(zhì)的基本因素，也是影響土體濕陷變形的基本因素之一。

1.3.3 人為因素

在對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行處理時(shí)，不僅要考慮黃土的自然性質(zhì)，還要考慮到人為因素對(duì)其產(chǎn)生的影響，其中包括以下幾個(gè)方面。

（1）由于施工場(chǎng)地狹窄，場(chǎng)地內(nèi)土層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)地基的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。施工人員在對(duì)黃土進(jìn)行處理時(shí)，若直接將濕陷性黃土堆放在場(chǎng)地內(nèi)，不僅會(huì)使?jié)裣莠F(xiàn)象更加嚴(yán)重，還會(huì)增加地基處理的難度。

（2）由于一些施工人員缺乏專業(yè)知識(shí)，在對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行處理時(shí)未能采取合理的措施，例如：施工人員在進(jìn)行黃土處理時(shí)沒(méi)有采用合適的處理方法，導(dǎo)致濕陷現(xiàn)象發(fā)生后未采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，進(jìn)而引起嚴(yán)重的工程問(wèn)題。

（3）施工人員在對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行處理時(shí)，如果對(duì)其沒(méi)有進(jìn)行合理的處理，就會(huì)導(dǎo)致地基結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，進(jìn)而增加濕陷現(xiàn)象發(fā)生的概率。施工人員在對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)采取合理的方式進(jìn)行處理，從而使地基的穩(wěn)定性得到有效保障。

2 濕陷性黃土工程的地基處理方法

2.1 重錘強(qiáng)夯法

在濕陷性黃土工程的地基處理過(guò)程中，為了提高地基的承載能力，在施工之前可以采用重錘強(qiáng)夯法進(jìn)行處理。重錘強(qiáng)夯是利用重錘將土和填料砸實(shí)，以此提高土的強(qiáng)度。重錘強(qiáng)夯具有以下特點(diǎn)：第一，通過(guò)重錘對(duì)地基進(jìn)行沖擊夯實(shí)，利用強(qiáng)力沖擊將土體壓實(shí)；第二，將重錘提升到一定高度后進(jìn)行自由落下，使土體受到一定的沖擊力，以此提升土體的強(qiáng)度；第三，利用強(qiáng)夯法對(duì)地基進(jìn)行處理，在完成夯實(shí)之后利用夯擊點(diǎn)壓實(shí)地基。重錘強(qiáng)夯的適用范圍：重錘強(qiáng)夯主要適用于處理濕陷性黃土地基，其適用于處理深度為6～10 m 的濕陷性黃土地基，處理深度小于5 m 的濕陷性黃土地基不適用于該方法，采用此方法處理濕陷性黃土地基時(shí)，可以先進(jìn)行靜載試驗(yàn)，如果靜載試驗(yàn)結(jié)果滿足要求，則可以采用強(qiáng)夯加固法進(jìn)行處理，反之則可采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理。重錘強(qiáng)夯的施工要點(diǎn)：在進(jìn)行重錘強(qiáng)夯施工時(shí)，要先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，并挖好排水溝，在處理濕陷性黃土地基之前，要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行夯實(shí)處理。

2.2 換土法

換土法適用于處理厚度在2 m 以內(nèi)的濕陷性黃土地基，通過(guò)將受水浸泡或受濕變形的路基土置換為無(wú)濕陷性的新鮮路基土，并對(duì)原路基土進(jìn)行壓實(shí)處理。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以使路基土中的含水量降低，減小地基的濕陷變形，提高了路基穩(wěn)定性；同時(shí)換土墊層可以為新老路基提供一個(gè)良好的結(jié)合面，使其具有較高的整體強(qiáng)度和變形模量，有效提高了地基承載力；換土法適用于處理厚度在2 m 以內(nèi)，含水量不高，地基承載力不小于100 kPa 的濕陷性黃土地基，換土墊層厚度一般為2～5 m，根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)增減；換土法適用于處理濕陷性黃土地基的局部地段，如處理面積較大、影響范圍較廣的地段，換土法施工方法較為簡(jiǎn)便，也不會(huì)對(duì)周圍建筑物產(chǎn)生不利影響；當(dāng)采用換土法處理濕陷性黃土地基時(shí)，應(yīng)合理選擇置換率和墊層厚度，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保其施工質(zhì)量達(dá)到要求。

2.3 混凝土攪拌法

混凝土攪拌法適用于地基中含水量較高、自重濕陷性較大的黃土地基。其原理是利用機(jī)械設(shè)備將水泥和黃土進(jìn)行混合攪拌，使水泥和黃土的結(jié)合程度達(dá)到最佳，從而使黃土的自重濕陷性得到最大程度上的降低，當(dāng)?shù)鼗淖灾貪裣菹禂?shù)滿足規(guī)范要求時(shí)，該方法是最經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法，混凝土攪拌法主要包括。

（1）機(jī)械攪拌法：利用專用的攪拌機(jī)將水泥和黃土進(jìn)行混合攪拌，使水泥和黃土相互結(jié)合。

（2）預(yù)拌砂漿法：利用水泥與黃土在攪拌過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，使黃土成為預(yù)拌砂漿，進(jìn)而提高地基土的密實(shí)度。

（3）壓力注漿法：利用壓力泵將水泥漿液通過(guò)管道壓入地基，在漿液進(jìn)入黃土后，會(huì)使黃土中的空氣和水分被擠出來(lái)，進(jìn)而使地基的密實(shí)度得到提高。

（4）機(jī)械擠密法：利用專用的擠密機(jī)，將漿液通過(guò)高壓管壓入黃土中，在高壓的作用下，使?jié){液與黃土相互混合，進(jìn)而提高地基土的密實(shí)度。

2.4 灰土樁擠密樁法

在建筑工程的地基處理過(guò)程中，為提升地基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，可以采用灰土樁擠密樁法進(jìn)行處理，這種方法在建筑工程施工過(guò)程中的應(yīng)用比較廣泛，且操作較為簡(jiǎn)單，施工單位可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的施工方式，在施工過(guò)程中將樁體與土進(jìn)行強(qiáng)制混合，并加入石灰、粉煤灰等材料進(jìn)行攪拌處理，從而使樁體與土之間形成一種復(fù)合地基。灰土樁擠密樁法適用于處理濕陷性黃土地基，這種方法主要是將灰土樁擠密樁法與排水固結(jié)法相結(jié)合，能夠使?jié)裣菪渣S土地基中的水分得到有效排出，從而提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，防止因濕陷性黃土而出現(xiàn)不均勻沉降。在進(jìn)行灰土樁擠密樁法處理濕陷性黃土地基時(shí)，施工單位首先要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，并將樁體與土進(jìn)行強(qiáng)制混合，施工單位可采用單樁或多樁形式，并在混合后將灰土灌注到樁中，對(duì)樁體進(jìn)行夯實(shí)處理，使灰土樁擠密樁法的施工效果得到有效提升。

2.5 采用復(fù)合型地基

在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行地基處理時(shí)，如果濕陷性黃土的濕陷等級(jí)較低，地基的承載力不足，地基需要采取多種不同的處理方法，在實(shí)踐中可以采用復(fù)合型地基，例如：樁基礎(chǔ)，這是指將樁體打入土中的一種施工方法，在實(shí)踐中，采用鉆孔灌注樁進(jìn)行地基處理時(shí)，要根據(jù)工程實(shí)際情況來(lái)選擇合理的樁體形式，對(duì)于濕陷性黃土地區(qū)而言，選擇的樁基礎(chǔ)形式為樁直徑在0.8～1.5 m 之間的鉆孔灌注樁，在實(shí)際施工中，要對(duì)鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制和檢測(cè)，確保鉆孔灌注樁能夠有效地承擔(dān)濕陷性黃土地基的荷載。在實(shí)踐中，可以采用濕陷性黃土地區(qū)的樁基礎(chǔ)和CFG 樁，對(duì)于濕陷性黃土地區(qū)的樁體形式而言，可以采用柱樁式、角樁、排樁式和圓樁等，在實(shí)踐中，可以根據(jù)工程實(shí)際情況來(lái)選擇合適的樁體形式，在濕陷性黃土地區(qū)的樁體形式應(yīng)保證能夠有效地承擔(dān)地基的荷載。

2.6 孔內(nèi)夯填法

對(duì)于濕陷性黃土區(qū)域的工程，還可以采用孔內(nèi)夯填法，具體操作是在需要處理的濕陷性黃土區(qū)域，然后在孔內(nèi)設(shè)置一定厚度的夯填土，之后再通過(guò)夯填的方式來(lái)對(duì)地基進(jìn)行處理，這種方法適用于深度不超過(guò)3 m，而含水量較高，強(qiáng)度較低的濕陷性黃土區(qū)域。此外，在一些特殊地段還可以采用孔內(nèi)夯填法處理地基，比如：當(dāng)濕陷性黃土地基含水量較大時(shí)，可將孔內(nèi)夯填材料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，然后用振動(dòng)式壓路機(jī)對(duì)孔內(nèi)填料進(jìn)行夯實(shí)處理；當(dāng)濕陷性黃土地基含水量較大時(shí)，可采用機(jī)械挖掘、人工挖掘等方式來(lái)對(duì)孔內(nèi)填料進(jìn)行夯實(shí)處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，濕陷性黃土工程的地質(zhì)特性及地基處理措施分析，主要包括以下幾點(diǎn)：第一，應(yīng)充分考慮濕陷性黃土的特殊性，并在施工前對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的濕陷類型進(jìn)行分析，并采取合理的地基處理措施。第二，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況，對(duì)濕陷類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并采取有效的地基處理措施進(jìn)行地基處理。第三，應(yīng)充分考慮地基處理措施的合理性，并采取合理有效的地基處理方法進(jìn)行地基處理，避免因地基處理不當(dāng)而導(dǎo)致濕陷性黃土工程施工質(zhì)量受到影響。第四，在濕陷性黃土工程建設(shè)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制施工材料和設(shè)備質(zhì)量。