湿陷性黄土地基湿陷机理及地基处理方法许延彪

湿陷性黄土地基湿陷机理及地基处理方法许延彪

许延彪

许延彪

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摘要：黄土是我国地域分布最广的一种特殊性土类,它是第四纪时期形成的一种特殊的堆积物。湿陷性是黄土最主要的工程特性。所谓湿陷性,就是黄土浸水后在外荷载或自重的作用下发生下沉的现象。湿陷性黄土又可分为自重湿陷性和非自重湿陷性两类。自重湿陷性黄土是指土层浸水后在土层自重作用下也能发生湿陷的黄土。本文针对湿陷性黄土地基湿陷机理及地基处理方法进行了分析。

关键词：湿陷性黄土,湿陷机理,地基处理

一、湿陷性黄土的概念与特点

黄土具有在水的浸润作用下，土质结构迅速被破坏，土体分子之间的粘聚力迅速消失的特点，如果黄土地基上作用有荷载，那么这部分土体就会发生变形、沉降等现象，土体的强度也迅速下降，这个特点被称之为黄土的湿陷性。黄土的湿陷性分为两类，即非自重湿陷性黄土以及自重湿陷性黄土。

湿陷性黄土具有以下特点:首先是湿陷性，湿陷性就是黄土在泡水之后，土体本身所具有的盐类物质溶解，土体颗粒之间的作用力受到破坏，由于分子之间的间距变大，则很难再结合，从而形成类似于蜂窝的结构。同时由于外荷载的作用，结构出现细微裂缝，并迅速沿着土体颗粒之间的间隙发展，贯通，最终造成土体的剪切破坏与变形，形成湿陷性的特征。其次是膨胀性，黄土泡水之后虽然有些物质会消解，但是土体的体积会增加，当水分蒸发以后，体积又会缩小，这样不断循环，容易造成土体的崩解并开裂，如果黄土用在路基当中，会严重影响路基的质量。再次是黄土压缩性低，最佳含水率较高，很难碾压密实。最后是黄土的强度较高，基坑开挖如果能保持排水，则坡度的要求较小。

二、湿陷性黄土的湿陷机理以及湿陷评价

2.1湿陷性黄土的成因。黄土是陕西、山西等地区的主要地貌，其土体是由于风力作用从西边搬运过来的堆积物经过一系列的物理化学反应形成的，属于在地质时期受到过冷暖作用的古代的土壤，土体结构的反应过程最主要的是沉积与固结，在这个变化过程当中，土体的矿物以及土质结构发生了变化。黄土湿陷性的形成与气候有着密不可分的关系，在干燥条件下形成的土体湿陷性较强，而在半干半湿的条件下形成的土体湿陷性较差，在比较湿润的气候条件下形成的土体湿陷性则不明显。

2.2湿陷性的机理。湿陷性的机理体现在黄土的力学性质方面，黄土在受到水的影响的条件下，其内部的剪切强度超过了抗剪强度，所以表现为土体的湿陷性。另外，土体在受到水的浸泡以后，土颗粒之间的摩擦力与粘结力也受到影响而降低，在这种情况下，由于外荷载的作用土体下沉，导致土体湿陷，最后是黄土在受到水的作用后，土体内部发生了崩解，黄土颗粒之间的相互作用力减小，位置发生了变化，有一部分体积比较小的颗粒进入了体积比较大的颗粒当中，造成土体受力的不平衡，从而引起土质结构破坏，造成土体湿陷。

2.3湿陷性黄土变化的规律。随着土体受力的增加，黄土的湿陷性系数也在不断加大，当土体受到的压力达到一定的数量的时候，黄土的湿陷性也达到了最大值，在这个情况下，随着压力的进一步增加，土体湿陷性反而减小，这个试验表明，只有压力大于湿陷性的初始压力，不超过最高压力的时候，浸水的黄土才会产生湿陷性变形，所以，在建设工程的设计当中，设计压力的时候，应当设计传递到地基当中的荷载小于湿陷性产生的初始压力，或者要大于湿陷性产生的最终压力，这样才能够减少湿陷性对于工程的影响。

另外研究表明，土体的湿陷性随着土壤深度的增加，湿陷性慢慢降低，越是深的土体，湿陷性越小，因此工程的性质也就越好。湿陷性也与黄土土体之间的间隙大小有关，间隙越大湿陷性就越大，间隙越小则湿陷性越小。在黄土发生湿陷的开始阶段，随着压力的增加，黄土结构之间的压缩量也不断加大，但是当压缩达到一定的范围的时候，压力的增大使得黄土结构之间的压缩量反而减小，湿陷性与水的关系就更加不言而喻，含水量增加会造成黄土湿陷性的增加，黄土含水量在初始与饱和之间的时候，土体的湿陷性随着含水量的增加呈线性变化，如果黄土的密度很大，则土体不再具有湿陷性。

2.4湿陷性黄土的湿陷性评价指标。黄土土体的湿陷性等级，可以用D来表示。D表示单位厚度的黄土在受到水作用下，受到规定压力发生的湿陷变形，可以对土体代表的湿陷性等级进行定量标识，地质上对于土的湿陷性系数也有明确的划分方法，如果D的数值大于0.015，则判断为湿陷性黄土，如果D的数值小于0.015，则判断为非湿陷性黄土，湿陷性黄土的等级在0.015～0.03之间的称为轻微湿陷黄土，0.03～0.07之间的黄土称为中等湿陷性黄土，而大于0.07系数的黄土称为强烈湿陷性黄土，在实际检测中，也常常以沉陷量是否大于70mm来衡量场地的湿陷性，在黄土地区进行工程建设，最先要考虑的就是使用非湿陷性黄土做地基，如果工程的规划场地位于湿陷性黄土上，则应当尽量避免采用自重湿陷性黄土，而是要采用非自重湿陷性黄土，因为后者的要求要稍微低一些。

三、湿陷性黄土地基的处理方法

3.1换土垫层法

将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度,然后回填灰土或素土分层夯实。垫层厚度一般为1.0m～3.0m。它消除了垫层范围内的湿陷性,减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷,可以使地基的自重湿陷表现不出来。这种方法施工简易,效果显著,是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法,经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到300kPa(素土垫层可达200kPa)且有良好的均匀性。

3.2强夯法

强夯法亦称动力固结法,通过重锤的自由落下,对土体进行强力夯实,以提高其强度,降低其压缩性,该法设备简单,原理直观,适用广泛,特别是对非饱和土加固效果显著。这种方法加固地基速度快,效果好,投资省,是当前最经济简便的地基加固方法之一。

3.3深层搅拌桩法

深层搅拌桩是复合地基的一种,近几年在黄土地区应用比较广泛,可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等,一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入黏土后,与黏土中的水分发生水解和水化反应,进而与具有一定活性的黏土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物,这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应,使水泥有一定的强度,从而使地基土达到承载的要求。它具有施工简便、快捷、无振动,基本不挤土,低噪声等特点。

3.4灌填成桩法

所谓灌填成桩法是指先用机械在拟加固的土层中造孔,然后在孔中分别灌填砂、碎石、水泥、粉煤灰、石灰等散体材料,形成桩体与桩间土组成的复合地基。其中以CFG桩最具代表性。

四、结语

湿陷性黄土是工程当中的难题，在施工中要特别注意各种施工方法与设计参数，本文针对湿陷性黄土湿陷的机理以及指标进行了概述，又对湿陷性黄土常见的地基处理方法进行了阐述，详细对各种方法以及使用范围进行了解释，具有一定的指导意义，笔者认为，不同地段的湿陷性黄土应当针对其不同的特点而采用不同的具有针对性的施工工艺进行处理，以达到预期的施工效果。

参考文献：

[1]湿陷性黄土地基湿陷机理评价及处理方法[J].贾瑞杰.山西建筑.2017(07).

[2]湿陷性黄土地基处理方法研究[J].王小兵.山西建筑.2015(35).

[3]浅谈湿陷性黄土地基的处理方法[J].刘迎卓.郑铁科技.2013(04).