湿陷性黄土地基处理方法及工程应用

湿陷性黄土地基处理方法及工程应用

李展翔

中国医药集团联合工程有限公司上海公司 200235

摘要：黄土的湿陷性非连续性和不可逆性威胁着建筑工程的安全运行和稳定，因此建筑工程设计施工应加强对其的认识，采取相应的措施保证地基的稳定。本文首先分析了黄土湿陷机理特征，然后详细阐述了湿陷性黄土地基常见处理方法及应用。

关键词：湿陷性黄土；地基处理；挤密法；冲击碾压

1. 黄土湿陷机理特征

湿陷性黄土是在上部覆土层重力或附加应力的作用下，因浸水之后土体结构的破坏引发显著附加变形的特殊土体，其在我国东北、西北、华东和华中地区广泛分布。湿陷性黄土的土质均匀，结构疏松，在没有被水浸润的情况下具有较高的强度和较低的压缩性，而如果在一定压力下被水浸润，则土体结构会被迅速破坏，并产生相对较大的附加下沉，土体强度也会显著降低。因此，如果需要在湿陷性黄土地基上进行工程项目建设，应该充分考虑地基湿陷引发的附加沉降问题，做好地基处理工作，以尽可能避免或消除地基湿陷的危害。

黄土的湿陷性评价常通过压缩试验用湿陷系数δS值来判定，并应符合下列规定：1）当湿陷系数δS<0.015时，为非湿陷性黄土；2）当湿陷系数δS≧0.015时，为湿陷性黄土；

黄土的湿陷程度划分见下表。

表 黄土的湿陷程度划分

为了研究黄土的湿陷机理特征，很多专家学者从不同的角度考虑问题并展开相关的研究，依据有关的土体理论知识，可以清楚地知道土体结构在形成的过程中容易受到各种不同因素的影响。而土体的结构存在一定的层次性，所以可以采取分层次的方法对黄土的结构展开分析，这样有利于进一步准确掌握黄土的不同组成成分，从而实现对黄土湿陷作用机理较深层次的分析。利用电镜对黄土结构进行扫描和观察可以发现，构成黄土结构的物质当中，黏粒与普通的黏土有着很大的差别，基本上不会以单独的黏土片形式而存在，其主要呈现出集粒的形式。黄土湿陷机理的外部轮廓有着非常明显的特征，而且可以单独发挥一定的作用。在一般情况下，黄土的黏土都是和原生的碎屑矿物共同组成黄土结构的骨架。在开展相关的施工建设过程中，工作人员必须要对黄土湿陷机理特征进行合理分析。

2. 湿陷性黄土地基常见处理方法

1. 垫层法

垫层法是一种浅层外理湿陷性黄土的传统方法，具有因地制宜、就地取材、施工简便等优点，在湿陷性黄土地区应用广泛。主要是将地基底部之下的湿陷黄土全部清除或清除到预计施工的深度，随后使用素土或者灰土分层填实。垫层的厚度通常在1m~3m之间。这样做不仅可以去除施工部位的湿陷性，削减或规避了地基由于附加压力导致湿陷的情况出现，还可以隐藏地基的自重湿陷性。垫层法操作简单，效果明显，当仅要求消除基底下1m～3m湿陷性黄土的湿陷量时，可采用素土垫层，当同时要求提高垫层的承载力及增强水稳性时，宜采用灰土垫层或水泥土垫层。经垫层法处理后的灰土垫层的承载能力可以达到250kPa，素土垫层的承载力可以达到180kPa，且二者均具有优秀的均匀性。

2. 挤密法

经挤密法处理后的地基称为“挤密地基”或“挤密复合地基”，亦称为“灰土挤密桩、素土挤密桩地基”。灰土桩指的是使用土与石灰，依照原料配比所需比例配和，并在桩孔之内经紧实后得到的桩。灰土桩特点如下：①灰土桩成桩时的挤密方式为横向挤密，可以满足处理的最大干密度要求，②可以避免地基湿陷，加强地基的承载能力，降低地基的压缩程度。挤密法的处理深度通常在5m~15m，最深可至25m及以上；使用挤密法可就地取材，这就大大节约了工程成本，加快了施工效率。挤密法根据成孔工艺，可分为挤土成孔挤密法和预钻孔夯扩挤密法。预钻孔夯扩成孔一般借助打桩机，将有桩尖的桩管打进土层，直至其达到预定高度，随后将桩管拔出，即得到了桩孔。沉管法所做出的桩孔比较整齐，可以适应不同的土质，挤密效果优秀，施工方便简单，成孔深度一般在15m之上，桩孔直径在50cm~60cm之间，在遇到大厚度湿陷性黄土情况时适合采用此方法。挤密地基宜在基底下设置0．30m～0．60m厚的垫层，垫层材料可为灰土、素土及其他与孔填料相适应的材料。垫层施工前，应对挖去松动层的地面进行夯实或压实。

3. 冲击碾压法

冲击碾压法也是处理湿陷黄土的一种有效办法，冲击碾压法成本高、施行方便，在现今的建筑建设中较为常见，冲击碾压属于压实技术，是该技术的一种创新发展，冲击压路机依靠牵引车带动轮子前进，多边形的滚轮在滚动中产生的势能可以与行进的动能结合，对地面进行压实、搓揉以及冲击碾压，其具备低频率、高振幅的冲击碾压作用，能够用高强的冲击力有规律的不断冲击地面，发出强劲的冲击波，此冲击波还具有向下传播的特性。冲击碾压功能可帮助土层增大密实度，起到压实路面的作用，冲击滚轮转动一圈共实现3次冲击、3次压实，一圈之内对随意一点的冲击次数的概率为六分之一，使用冲击压路机反复对路面进行六次碾压视为一次作业。冲击碾压时，压路机自坡脚一米外起步，向中心部位慢慢碾压，滚轮横向重叠面积约为二分之一滚轮面积，纵向应错开1.6轮的周长，在作业时，要确保压路机的时速被控制在10km/h～12km/h。确保其具有足以压实路面的冲击力，还要确保路面上的每个点均被冲击。当冲击12次后，应对土层进行分层检测，分别检查20cm、50cm、80cm和120cm处的含水量、孔隙比、湿陷系数等重要指标。结束冲击碾压工作后，对压实度、湿陷系数等数据进行综测，并以结果为依据确定施工是否达到预期目标。

4. 强夯法

强夯法是在对湿陷性黄土进行施工的过程中最常用到的方法，强夯法可以在很大程度上紧实土地，帮助地基承受更大的重量，帮助地基抵抗外界的伤害。强夯法原理简单，就是将质量大的重锤升至一定高度，然后利用它落下时的巨大势能对松软的地面产生强大的冲击，多次反复操作后，土地被夯实。强夯法可以有效消除黄土的湿陷性，降低灾害发生的风险。使用强夯法处理湿陷性黄土地区，需要注意土地中水的含量，土壤水分越大则需要夯实的次数就越多，一般情况下，土壤水分应低于塑限含水量1～2%：当施工的土壤含水量与最佳含水量相差不大时，夯实的效果最好。强夯之后应达到如下标准：从地面算起，深度五百厘米内的黄土湿陷系数8s<0.016，深度100cm以内的土壤密实度应高于93%，深度在100cm~300cm之内土壤密实度应高于90%。强夯法可以快速加固地基，还能够收获非常好的夯实效果，还可以节约施工成本，是现今最简便、最经济的加固地基策略之一。

3. 湿陷性黄土地基处理应用案例

西北某湿陷性场地项目高层研发楼单体，依据勘察报告：湿陷性土层下限深度18.5ｍ，拟建场地为自重湿陷性黄土场地，自孔口高程算起的地基湿陷等级为Ⅱ级（中等）。单体柱网上部荷载较大，基础设计拟采用筏板，地基承载力需求约为300kpa。按《湿陷性黄土地区建筑标准》划分的建筑物类别为乙类。

此工程地基处理以消除黄土湿陷性为主，提高地基承载力为辅的原则。先消除地基湿陷后再提高地基承载力。根据《湿陷性黄土地区建筑标准》GB500252018对地基处理平面范围整片处理时，平面处理范围应大于建筑物外墙基础底面。超出建筑物外墙基础外缘的宽度，不宜小于处理土层厚度的1/2并不应小于2.0ｍ。自重湿陷性场地，大于5ｍ时，可采用5ｍ。

综合分析：此工程采用“灰土挤密法消除全部湿陷性十素砼桩置换提高地基承载力”。 灰土挤密桩采用孔径400mm，挤土成孔，正三角形布置间距1.0m，孔内填料采用灰土，平面处理范围为筏板边线外扩6m范围。经挤密桩处理完后的黄土地基承载力特征值为180kpa。为满足地基承载力需求，在经过地基处理检测合格后，采用长螺旋钻孔灌注桩进行素砼桩施工，素砼桩桩径500 mm，桩中心距取2m，等边三角形布置；经计算面积置换率约为0.057，复合地基承载力特征值为314kpa，满足单体基础设计要求。后期经专业检测单位对复合地基承载力检测合格。

结语

综上，结构设计人员要加强对黄土湿陷性影响因素的分析和研究，结合多方面条件合理运用湿陷性黄土的处理方法。

参考文献

1. 田森，韩智超，岳贤君.冀鲁地区黄土公路路基处理技术对比分析[J].公路与汽运，2019（1）

[2]刘培瑞.黄土路基的冲击压实技术研究[J].山西交通科技，2017（1）