西北地區(qū)大厚度濕陷性黃土地基處理分析

■李 錦 ■甘肅省建筑科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050

我國黃土是舉世聞名的，具有分布廣、厚度大和地層層序完整的特點(diǎn)，約占世界黃土分布總面積的4.9%，主要集中分布在甘肅的中東部、寧夏的南部、陜西的西北部和中部、山西和河南的西部，連續(xù)分布面積高達(dá)4.4 ×105km2，厚度主要在10～400m 之間，根據(jù)調(diào)查顯示蘭州市西津村的黃土為全世界最厚的黃土，厚度達(dá)到409.93m。隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步推進(jìn)，黃土地區(qū)的項(xiàng)目逐漸增加，項(xiàng)目規(guī)模也越來越大，比如寶雞第二電廠地基的濕陷性黃土厚度為18.2m，蒲城電廠地基的濕陷性黃土厚度為35.0m。因此處理如此大厚度濕陷性黃土地基是西北黃土地區(qū)工程設(shè)計(jì)的一大難題。

1 西北地區(qū)大厚度濕陷性黃土地基處理狀況探討

1.1 不斷研究和開發(fā)新技術(shù)和新工藝

大厚度濕陷性黃土地基處理的難度大、成本高的特點(diǎn)成為了制約西北地區(qū)發(fā)展的重要因素。但我國在有關(guān)大厚度濕陷性黃土的規(guī)范和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的研究相對(duì)滯后，有些技術(shù)難題沒有攻克，導(dǎo)致一些大厚度濕陷性黃土地基處理參照現(xiàn)有規(guī)范要求很難達(dá)到預(yù)期效果。另外，只有新技術(shù)和新工藝的不斷研究和開發(fā)才能推動(dòng)國家規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善，更好地指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工建設(shè)。因此，不斷研究和開發(fā)新技術(shù)和新工藝才是西北地區(qū)大厚度濕陷性黃土地基處理有效的長(zhǎng)久之計(jì)。以西安、蘭州為代表的土木工程科學(xué)研究高校和研究所應(yīng)該充分對(duì)大厚度濕陷性黃土地基處理進(jìn)行應(yīng)用性研究，把研發(fā)的新技術(shù)、新工藝、新思路應(yīng)用到建設(shè)項(xiàng)目的勘察、設(shè)計(jì)、施工中，更好地指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工工作人員。反過來，在勘察、設(shè)計(jì)、施工中遇到的大厚度濕陷性黃圖地基處理問題可以反饋給各高校和研究機(jī)構(gòu)，對(duì)該復(fù)雜課題進(jìn)行立項(xiàng)研究，實(shí)現(xiàn)研究機(jī)構(gòu)和工程單位的雙贏。

1.2 加強(qiáng)西北地區(qū)勘察、設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)力量以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累

陜西、甘肅、山西作為全國大厚度濕陷性黃土的主要分布地帶，加強(qiáng)這些地區(qū)的勘察、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)力量的提升以及相關(guān)數(shù)據(jù)的積累是非常重要的。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步推進(jìn)，如蘭白經(jīng)濟(jì)圈之類經(jīng)濟(jì)區(qū)域的逐漸形成，一大批在大厚度濕陷性黃土上的建設(shè)項(xiàng)目上馬，為一大批勘察、設(shè)計(jì)以及施工單位創(chuàng)造了非常大的利潤空間，受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)及其利益的推動(dòng)，勘察、設(shè)計(jì)以及施工單位的技術(shù)力量會(huì)得到加強(qiáng)，更多的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)被獲取、整理和積累下來。

1.3 大厚度濕陷性黃土地基處理要基于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開展工作

各類建筑在大厚度濕陷性黃土上建造，其地基處理應(yīng)嚴(yán)格按照國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開展工作。甲類建筑要把基礎(chǔ)設(shè)置在非濕陷性黃土層上，可以采用這兩種方法:第一種是消除地基的全部濕陷量;第二種是把樁基穿透全部濕陷性黃土層;第三種是選擇非濕陷性黃土層作為地基。參考近年來蘭州地區(qū)的高層建筑，鑒于第二種方法工期短、成本低、技術(shù)成熟可靠，其大厚度濕陷性黃土地基處理一般根據(jù)實(shí)際情況選用不同類型的樁基。相較于甲級(jí)建筑，乙級(jí)、丙級(jí)建筑的大厚度濕陷性黃土地基處理相對(duì)靈活，處理措施也相對(duì)較多比如防水措施、結(jié)構(gòu)措施或者多種措施的綜合等等。

1.4 對(duì)削山造地，填溝取地地基處理的綜合探討

蘭州是以丘陵和高山為主的大厚度濕陷性黃土西部城市，為了更好地進(jìn)行城市建設(shè)，適應(yīng)西部大開發(fā)的戰(zhàn)略要求，蘭州已經(jīng)著手進(jìn)行了削山造地、填溝取地的工作，并且已經(jīng)初見成效。但為了避免安全事故的發(fā)生，在進(jìn)行大厚度濕陷性地基處理前必須相關(guān)地質(zhì)勘探材料的真實(shí)性和完整性。地基處理過程中一定要尊重客觀事實(shí)，嚴(yán)格遵循勘探資料和設(shè)計(jì)，杜絕依靠主觀經(jīng)驗(yàn)判斷開展工作。具體的地基處理方案要參照建筑等級(jí)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工標(biāo)準(zhǔn)等，全面綜合考慮當(dāng)?shù)貪裣菪渣S土的特點(diǎn)，科學(xué)選擇合理的地基處理方法。總之，要從地基處理措施、防水措施、結(jié)構(gòu)措施、施工措施以及幾個(gè)措施的綜合考慮等幾個(gè)方面進(jìn)行有針對(duì)性地綜合處理，這樣削山造地，填溝取地才能為西北地區(qū)的城市建設(shè)增添新的活力。

2 西北地區(qū)大厚度濕陷性黃土地基處理實(shí)例探討

2.1 大厚度濕陷性黃土地基處理方法

大厚度濕陷性黃土地基處理有以下幾種常用處理方法:墊層法、強(qiáng)夯法、重夯法、成孔擠密法、孔內(nèi)夯實(shí)擠密法、預(yù)浸水法以及化學(xué)加固法等。墊層法一般可處理1-3m 的濕陷性黃土層，并且該黃土層在地下水位以上;強(qiáng)夯法一般可以處理3-9m 的濕陷性黃土層;重夯法僅可以處理1-2m;成孔擠密法可以處理5-13m 的濕陷性黃土;對(duì)于5-30m 的濕陷性黃土層，可以采用孔內(nèi)夯實(shí)擠密法;預(yù)浸水法可以消除地面6m 以下的黃土濕陷性;化學(xué)加固法可以消除地面10-20m 以下的黃土濕陷性。這些方法一般只能處理10-20m 甚至以下的地基土濕陷性，如果基底下濕陷性地基土超過20m，就需要用把樁基打穿全部濕陷性黃土層的方法進(jìn)行地基處理。

2.2 輕型建(構(gòu))筑物地基處理

依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，輕型建筑(構(gòu))筑物有丙類建筑如1-2 層的工業(yè)或民用建筑物(廠房、鍋爐房)、一般工業(yè)用的構(gòu)筑物如筒倉、煙囪、電視塔、微波塔等。鑒于這些建(構(gòu))筑物的高度和自重相對(duì)不大，參照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》提出的要求，建筑物地基處理厚度不應(yīng)小于3m，一般構(gòu)筑物地基處理厚度不小于4m，并且未處理的下部濕陷性黃土層不應(yīng)有超過200mm 的剩余濕陷量。在大厚度濕陷性黃土地區(qū)開展工程建設(shè)時(shí)，地基處理厚度的要求容易滿足，若要滿足《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》提出的剩余濕陷量要求是非常困難的，這勢(shì)必增加地基處理深度。尤其在濕陷性黃土層厚度達(dá)到30-40m 的地區(qū)，文章提到的一些常用地基處理方法和一些技術(shù)較為成熟的樁基礎(chǔ)方法的處理深度較為有限。因此，此類工程地基處理厚度確定需要綜合考慮地基壓縮層的厚度、浸水可能性和黃土的濕陷起始?jí)毫?。在地基處理過程中需要注意采取嚴(yán)格的防水措施。如果有些建筑物或者構(gòu)建筑對(duì)變形有嚴(yán)格要求或者對(duì)地基沉降較為敏感就需要采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施。

2.3 多層及小高層建筑物地基處理

依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，多層及小高層建筑主要有多層工業(yè)與民用的丙類建筑、低于12 層的小高層建筑、部分乙類建筑如中型工業(yè)廠房、較高的塔式構(gòu)筑物。該類建筑物自重和壓縮層厚度均相對(duì)較大，因此需要加深其相應(yīng)的地基處理深度。地基處理方法應(yīng)綜合考慮地基以上荷載大小(自重及其他荷載)、擬采用的基礎(chǔ)形式、浸水的可能性、地基黃土的含水率、施工的環(huán)境條件和技術(shù)水平和工程成本等各方面因素。

2.4 高層建筑地基處理

依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》的規(guī)定:高層建筑物有甲類建(構(gòu))筑物、12 層以上乙類民用建筑和高層工業(yè)建(構(gòu))筑物。該類高層建筑的自重大，壓縮層厚度更大，如果僅僅采用上述單一的地基處理綜合方案時(shí)，難以滿足《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》提出的強(qiáng)度和變形。如果采用樁基礎(chǔ)方法處理時(shí)，該建設(shè)工況濕陷性黃土側(cè)壁負(fù)摩阻力的分布厚度較大，導(dǎo)致樁會(huì)很長(zhǎng)。因此，近年來工程中采用以下地基處理方法來解決這種問題，首先先采用素土樁擠密濕陷性黃土消除側(cè)壁負(fù)摩阻力，提高樁的側(cè)摩阻力，再進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，這樣能有效地提高地基強(qiáng)度，避免樁過長(zhǎng)，降低施工難度。

［1］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)編寫組.GB50025–2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［2］羅宇生，汪國烈.濕陷性黃土研究與工程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001∶123-126.