影响地基承载力的因素研究

影响地基承载力的因素研究

齐建宏,汤毅,李记飞,康乐乐,彭亮清

中建新疆建工（集团）有限公司 新疆乌鲁木齐市 830000

中建新疆建工集团第五建筑工程有限公司 新疆乌鲁木齐市 830000

摘要：在黄土地区，基础承载力是影响工程安全、可靠、经济的重要因素。湿陷性黄土具有结构性、欠压密性和湿陷性等特点。对黄土的湿陷性进行准确评估，并对施工过程中土壤饱和度的变化进行预报，为合理选择技术先进、施工方便、经济合理的地基处理技术提供了依据。本文对新型黄土地基处理技术进行了探析，旨在为黄土湿陷性地基的治理提供一种新的方法。

关键词：

由于黄土分布面积大、厚度大，其物理力学性质、湿陷性、水敏感性、厚度等均与其它土壤存在较大差别，因此对黄土地区的工程勘察和设计提出了更高的要求。为了保证结构的安全和经济，必须根据实际情况选择科学、合理和可靠的基础设计参数。地基承载力是工程施工中最主要的基础设计指标，它直接影响到地基的承载力能否得到最大程度的发挥，也影响着地基在荷载作用下的剪力和变形。

一、地基承载力影响因素

（一）湿陷性黄土地质特性

黄土是一种特别的土体，其质地松软，颗粒之间存在大量的空隙。一旦被雨水冲刷，将对黄土的地表和土壤结构造成严重的损害，结果表明，黄土具有明显的辐射形变和附加沉降作用，从而形成了黄土湿陷性。

（1）结构性

湿陷性黄土的结构性特征是：在特定的条件下，可以使土壤原有的结构形态不受损伤，这一特性称为结构性。湿陷性黄土在结构强度不变或软化时，往往表现出低压缩性和高剪切强度，但当结构强度受到损伤时，会表现出屈服、软化和湿陷等特征。因此，在湿陷性黄土中，结构性是其最根本的特性。

（2）欠压密性

由于特殊的地质条件，黄土的沉积速度普遍较慢，覆盖层的生长速度比土壤粒子之间的粘结结合强度的增加速度要慢，因此，土壤颗粒间的接触强度比上覆压力大，从而导致了黄土处于松散、高孔隙度的欠压状态。高孔隙度主要表现为：黄土中有明显的大孔隙，而在湿陷性黄土中则有较低的架空孔隙，其大小比周围的孔隙大；二是湿陷性黄土具有较大的天然孔隙，在0.85~1.24之间，而当孔隙率低于0.8时，则不存在湿陷性。在低饱和度条件下，黄土的结构往往具有高的早期固结压力，其超固结比例大于1；超固结是黄土中因欠压密性所引起的结构性超固结，在黄土工程中通常称之为“似超固结”。

（3）湿陷性

湿陷性黄土在一定的上覆压力下，结构会因遇水而变得软化，或受到破坏，从而失去其强度；但由于其低压密性，使其具有较大的孔隙率，从而为湿陷性黄土在水分作用下发生明显的附加变形提供了一个必须的条件。没有欠压密实度和结构，黄土的湿陷性是不存在的。

（二）黄土不同区域的地基承载能力

在上覆载荷作用下，地基土的压缩变形和破坏过程可分为三个阶段：弹性压密、塑性剪切和塑性流动。压实阶段的荷载比较低，而地基土体主要是受压变形，其变形与压力基本成线性关系，任何一个点的剪力都比这一点小。在剪切过程中，基坑局部区域的剪切应力达到了土体的抗剪强度，并出现了塑性剪切断裂，并逐步扩展。在失效阶段，当荷载超出极限承载力时，很少的载荷增加会使基础发生较大的沉陷，从而导致基础的整体失稳，从而导致结构的损坏。

由于黄土的压缩特性，在 P— S （压—沉）曲线上存在较大的比例限制时，采用此比例极限 Pa的荷载数值作为基础承载力;在 P— S曲线上的比值界限不明确的情况下，利用相对沉降法进行地基承载力的计算，根据土壤软硬性，以0.01~0.15的 S/D （沉降量/承压板直径）对应的荷载为基础承载力，承载力必须小于最大载荷的1/2。

（1）当含水量基本一致时，随着孔隙比的降低，第四系上更新世（Q3）黄土的承载力逐渐增加。通过对不同时期产生的黄土地基进行比较，发现离石黄土的形成年代最早，最致密，承载能力最强，古土次之，马兰黄土最低，密实度越高，承载力也就越大。（2）与同一时期的上更新世（Q3）黄土进行比较，结果表明，在含水量、孔隙比相同的情况下，陇东黄土的承载力要比陇西稍高，原因在于陇东黄土中的粘性颗粒含量比较高，土壤中的可溶性盐类含量很低，具有典型的马氏胶结结构，具有相对稳定的特性。我国黄土从西北到东南分布具有明显的规律性，各地区的黄土地承载能力存在着一定的差别和规律性。（3）随着地质时期的提前，压实和胶结作用的增强，其抗剪强度也随之提高，从而提高了地基的承载力。

二、湿陷性黄土地基处理技术

（一）改善湿陷性黄土的常用方法

主要有冲击碾压、强夯加固、预进水和深层搅拌等。而深层搅拌器则是一种操作简便、切实可行、无污染、无需过分依赖于大型机械的设备，是最实际的方法。强夯是目前最经济、最传统的一种加固方式，但由于采用了夯锤等高冲击力的设备，对该地区的环境会造成污染，最经济，但效果不是很持久的。

（二）黄土湿陷性地基的治理

湿陷性黄土地基的变形分为两个方面，一是压缩变形，二是增湿。压缩变形是指在自然含水率（或饱和）条件下，由于上部结构的荷载而产生的变形量，其数值随载荷作用时间的增加而降低。增湿变形是指在使用中因土壤含水率或饱和度增大而产生的附加变形，湿陷性变形是此类变形的一个极端，它往往是局部的、突然的，其变形速度会很大，而且不均匀，会对上部结构造成很大的影响。所以，在湿陷性黄土地基处理中，常把排除湿陷性作为第一要务。在交通工程中，在处理湿陷性黄土地基时，应同时兼顾地面的湿陷性和地面等级要求，选择最优的地基处理方案，既能保证工程的安全性，又不会产生经济上的浪费。根据交通工程的特性，一般采用置换法、挤密法、组合法等几种方法，具体的设计、施工和检验可以参照有关的规范和规范进行。

三、钢筋混凝土灌注桩施工技术

（一）泥浆护壁成孔灌注桩

通过对大量工程实例的分析，认为钻孔灌注桩在地下水丰富地区的应用比较广泛，可以实现水下混凝土的浇筑，保证工程竣工后能够正常使用。但在具体工程中，地下工程对工程的施工质量、施工技术的要求也越来越高。针对这种情况，采用泥浆护壁式钻孔灌注桩施工，可以将对地基的损伤降到最低。同时，该方法的施工对环境的影响也不大。因此，采用泥浆护壁式钻孔灌注桩的施工技术，在环境上有很大的适应性，适用面广。

（二）钻孔施工工艺

钻孔泥浆护壁成孔桩在施工之前，必须先在桩身四周挖好泥浆池，然后在钻孔时严格按施工技术要求进行，以确保桩的质量和降低材料的浪费。在施工过程中，必须对泥浆的质量进行严格的控制。通过对大量工程实例的分析，得出了泥浆质量对钻孔灌注桩施工质量的影响。在施工期间，必须对泥浆的质量进行控制：

（1）对泥浆物料的严格控制。泥浆物料的好坏直接关系到泥浆的最终质量，在正式使用之前，应对泥浆物料进行检验。生产泥浆的水，必须是用自来水，不能用劣质的水，否则会造成钻井液的侵蚀。

（2）制备泥浆时，物料的颗粒尺寸不得大于5毫米。

（3）在选择和筛选后，可以进行浆料的生产，例如混合料等。浆料的制作必须严格遵守有关的规范。

　（三）钢筋笼的安装工艺

在安装钢筋笼时，必须先将桩孔清理干净，并将孔内残余物及孔内的渣滓清除干净。桩身厚度应严格控制在8毫米以下。在完成清淤后，必须进行注水，确保排水口中的污水全部排出，达到了较好的效果。清除完后，用吊车将钢筋笼吊入桩孔中。

（四）混凝土浇筑工艺

在施工之前，可以先将导流管用起重机直接插到桩孔中，再用铅丝绳将管道紧固，再用水泥填充管道，再把铅丝剪断，使水泥直接沉入桩底。施工完毕后，应对桩身进行严密的控制，防止出现断裂。将桩身中的泥浆抽干后，再将管道抽出来，形成一根混凝土灌注桩。在浇筑混凝土时，应确保浇筑点与设计点之间的误差小于50 mm。

结语

黄土的结构性和欠压密性是黄土在受潮、浸渍过程中形成的永久性塑性变形的内部原因，而受力与水分的耦合则是造成其塑性变形的外部原因。在某一特定的土体中，其变形随应力水平和饱和度的变化而变化。因此，在实际施工中，既要掌握黄土的湿陷性，又要了解其在施工中可能出现的饱和度变化趋势，以便准确评估其湿陷性和预测增湿时的附加变形。

参考文献：

[1]王旭东，郝宪武，吴文涛.黄土地区斜陡坡对群桩基础承载力的影响[J].沈阳大学学报（自然科学版），2019，31(4):331-337.

[2]居阳.Q3黄土地基抗震承载力调整系数试验研究[D].陕西:长安大学，2019.

[3]王进玺，杨永东，张斌伟，等.黄土地区桩基承载力特性试验研究[J].陇东学院学报，2021，32(2):49-53.