大厚度自重濕陷性黃土地基處理厚度與處理方法研究

牛新朋　王 丹　盧林濤

（1.西安森科建筑工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司 陜西 西安 7100432.中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西 西安 710082）

大厚度自重濕陷性黃土地基處理厚度與處理方法研究

牛新朋1王 丹2盧林濤2

（1.西安森科建筑工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司 陜西 西安 7100432.中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西 西安 710082）

近幾年，伴隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，黃土工程建設(shè)的開展也日益頻繁起來，但是問題也隨之而來。工程建設(shè)從低階到高階發(fā)展，濕陷性黃土層變得逐漸增厚，處理起來也較為困難。本文針對高等級、大厚度自重濕陷性黃土地基的建筑，提出一種處理厚度的基本思路和方法，并對于一些常用的處理方法用實(shí)例進(jìn)行論述，以達(dá)到保證質(zhì)量、施工簡便、節(jié)約工程投資的目標(biāo)，取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

濕陷性黃土；地基處理；研究

引言

伴隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，尤其是一些事故教訓(xùn)，人們對濕陷性黃土的研究越來越重視。大厚度自重濕陷性黃土地基處理問題一直是特殊土和非飽和土領(lǐng)域?qū)W術(shù)界、工程界關(guān)注的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。近年來，黃土地區(qū)的建設(shè)場地和建設(shè)規(guī)模的自重濕陷性黃土層厚度逐漸變大，在今天，研究還不完善，處理這樣深厚的濕陷性黃土地基問題的過程中，經(jīng)驗(yàn)還不夠豐富，難以把握標(biāo)準(zhǔn)。按照現(xiàn)行規(guī)范處理大量地基時可以發(fā)現(xiàn)，僅僅依靠國內(nèi)外現(xiàn)有的常規(guī)手段，難以滿足規(guī)范中的要求。甚至在有的工程中，如果嚴(yán)格按照規(guī)范所規(guī)定的剩余濕陷量來執(zhí)行，則很難使工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性得到保證。特別是，處理后的地基下沉事故越來越多，目前，大厚度濕陷性黃土地基問題將不斷挑戰(zhàn)著廣大工程工作者和黃土力學(xué)者。

1　濕陷性黃土地基處理厚度的基本思路

迄今為止，實(shí)踐濕陷性黃土地基處理的工程已經(jīng)幾十年了，具體方法很多，但歸納起來，其基本思路有以下幾種：

（1）將基礎(chǔ)以下黃土層濕陷性全部消除，當(dāng)濕陷性黃土土層厚度在15m以內(nèi)時，非常容易達(dá)到，常用的方法有墊層法（處理深度1～3m）、強(qiáng)夯法（處理深度3～12m）、擠密法（處理深度5～ 15m）等。

（2）將基礎(chǔ)以下黃土層濕陷性部分消除，依據(jù)建筑物的重要性及分類，對最小處理厚度進(jìn)行限定，對剩余濕陷量嚴(yán)格控制。

（3）基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層，傳力于可靠的持力層或者非濕陷性土層上，樁基是常用的方法。該方法在重要建筑物的基礎(chǔ)中被廣泛應(yīng)用。

（4）將建筑物基礎(chǔ)的防水、排水措施充分做好，使基礎(chǔ)下濕陷性黃土地基無法浸水，從而達(dá)到避免地基濕陷的目的。

2　大厚度自重濕陷性黃土地基處理方法

大厚度自重濕陷性黃土地區(qū)地基處理常用的方法為：墊層法、夯實(shí)法、擠密法、預(yù)浸水法、化學(xué)加固法等，具體使用范圍如表1所示。

近來，很多大型工程項(xiàng)目建造在大厚度濕陷性黃土地上，因此，地基處理的難度和深度就越來越大，而現(xiàn)有的擠密法、高能量強(qiáng)夯等地基處理方法，一般只能將基底下10～15m地基土的濕陷性消除，當(dāng)存在大于15m的基底下濕陷性黃土層厚度時，則處理時，常常需要用樁基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層，為了使地基處理工作技術(shù)先進(jìn)、確保質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)合理，今后應(yīng)研究并開更加有效的大厚度濕陷性黃土地基的新處理方法。

表1　濕陷性黃土常用的地基處理方法

2.1孔內(nèi)夯實(shí)擠密法（DDC法）

孔內(nèi)夯實(shí)擠密法（DDC法）是司炳文在擠密樁的應(yīng)用基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新方法?？變?nèi)夯實(shí)擠密法是從擠密法借鑒而來，用人工挖孔、沉管打樁機(jī)或長螺旋轉(zhuǎn)機(jī)打成孔，再向孔內(nèi)填入灰土、素土等填料，在以1.5～2.5t的重夯錘在孔內(nèi)分層夯實(shí)，使填料從孔周側(cè)向擠出，成孔直徑一般為0.4m，夯擴(kuò)至成樁直徑0.55～ 0.60m，一種擠密的復(fù)合地基形成，其特點(diǎn)如下：

（1）具有強(qiáng)擠密、能量高、超壓強(qiáng)的作用機(jī)制，高能量沖、擠、壓孔內(nèi)深層部位，使其孔內(nèi)的樁間土和填料得到超強(qiáng)壓力的固結(jié)。

（2）地基處理深度足夠深，深度可達(dá)30m。

（3）機(jī)械設(shè)備簡單，鉆、挖均能成孔，成孔、夯擊簡單方便。

（4）成樁擠密效果好，孔徑大，樁徑一般為600～2000mm，最大樁徑可以達(dá)到3500mm。

（5）對填料的要求非常低，如礦渣、建筑垃圾、灰土、素土粉煤灰等都可以使用。

近十幾年來，孔內(nèi)夯實(shí)擠密法（DDC法）作為一種新型地基處理方法，在河南、陜西、山西、甘肅、青海等地，在處理大厚度濕陷性黃土地基中已經(jīng)得到了廣泛的使用。對于其消除濕陷、加固機(jī)制、控制地基沉降的設(shè)計(jì)理論研究方面，正在逐步走向成熟的階段。

2.2擠密法

我國最早在20世紀(jì)60年代使用擠密法，國外像羅馬尼亞、前蘇聯(lián)等，在擠密法方面的研究工作比較活躍，試驗(yàn)規(guī)模也較大，但系統(tǒng)的成果資料尚未看到。1968年，在甘肅天水與原建工部七局五公司等單位協(xié)作，原建工部建筑科學(xué)研究院西北科研小分隊(duì)對濕陷性黃土地基進(jìn)行過叫做“爆擴(kuò)擠密”的試驗(yàn)研究。從20世紀(jì)70年代起，西安地區(qū)的濕陷性濕陷性黃土地基經(jīng)“機(jī)械擠密”處理，取得了較好的試驗(yàn)效果，并在工程中實(shí)現(xiàn)了大量的推廣應(yīng)用?！皺C(jī)械擠密”在天水、蘭州等地，針對如何處理大厚度自重濕陷性黃土的地基，進(jìn)行了較大規(guī)模的試驗(yàn)研究，并取得了較好的試驗(yàn)成果。

現(xiàn)在，擠密法是一種非常成熟的地基處理方法，在高層以及多層建筑物的地基處理中應(yīng)用較多，因其具備造價低廉、施工速度快、施工設(shè)備簡單、技術(shù)可靠、處理厚度大、社會效益好等特點(diǎn)，得到了日益廣泛的應(yīng)用。

擠密法的特點(diǎn)：擠密地基的最終目的是消除黃土濕陷性、減小土的壓縮性和提高地基承載力。該方法屬于沉管橫向擠密，一般處理深度可達(dá)5～15m，處理后的地基豎向均勻；孔的材料是灰土、素土等，都是廉價材料，可以就地取材，造價低，地基處理效果也好。

擠密法的機(jī)制：擠密的作用通過以下兩個方面的作用來實(shí)現(xiàn)：①在灰土遇水分解、膨脹，脫水、固結(jié)時，利用孔內(nèi)將其夯實(shí)，使樁間土與土樁形成共同的復(fù)合地基，從而擠密地基效果，使地基承載力得到提高，將濕陷性消除，地基土均勻變形，減少沉降量；②采用機(jī)械打樁成孔，在成孔時，擠密孔周圍的土，使樁間土的承載力與密實(shí)度得以提高，從而消除黃土濕陷性。

處理深度：應(yīng)根據(jù)建筑物重要性、濕陷等級、地基的濕陷類型、濕陷土層厚度，再與打樁機(jī)械的條件結(jié)合，綜合考慮決定樁長，一般從基礎(chǔ)底面算起不小于3m，處理厚度過小時采用擠密地基就會很不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槭艿綑C(jī)械設(shè)備的限制，處理深度最大不應(yīng)超過15m。

2.3預(yù)浸水法

預(yù)浸水法適用于濕陷量超過500mm、厚度超過10m的自重濕陷性黃土，可消除濕陷性位于地面6m以下的土層，最早利用預(yù)浸水法處理水工建筑的地基。

在我國寧夏地區(qū)，楊黃擴(kuò)灌工程某廠房分主副廠，厚度為36.5m等級是Ⅲ～Ⅳ級的自重濕陷性黃土地基，被評價為嚴(yán)重濕陷。因?yàn)榈燃壐摺⒑穸却?、建筑用水量多，比較處理方法后，最終采用預(yù)浸水法處理，消除處理全部的自重濕陷性黃土。建筑周邊擴(kuò)寬6～10m，試坑尺寸為70m×110m，浸水坑深為80cm，并在其中打浸水孔，孔徑150cm，孔距5.0m，孔深23m，填入碎石、沙礫石，確保浸水水頭大于0.5m。持續(xù)觀察225d，停水觀察為62d，浸水觀察為163d，停水前沉降值為127.4～178.9cm，平均值為168.2cm，停水后沉降值為16.1～84cm。預(yù)浸水法處理該工程中的5個泵站，使用3a后，效果明顯，地基良好。分析工程實(shí)踐，采用預(yù)浸水法處理濕陷性黃土地基花費(fèi)時間較長。需100d左右的停水，才能降到最初的土層含水狀態(tài)。因此，預(yù)浸水法在土層濕陷性在6m以下的地表才可適用，且該方法耗費(fèi)工期長。由于存在外荷濕陷，還應(yīng)綜合使用換填、強(qiáng)夯的方法對其進(jìn)行消除。因此，如果濕陷性黃土太厚，采用預(yù)浸水法工期長，但成本低、方便施工。

3　結(jié)束語

大厚度自重濕陷性黃土地上，對于涉及面廣的乙丙類建筑，地基處理要求過嚴(yán)，有的處理方法還會因機(jī)械設(shè)備條件的限制，達(dá)不到對處理深度的要求，還需要增加建設(shè)投資。因此要求將其地基的部分濕陷量消除，然后根據(jù)剩余濕陷量大小的控制和地基處理的不同深度，采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施和防水措施，使地基處理的不足得以彌補(bǔ)，從而保證工程的正常使用。濕陷性黃土地基的處理方式很多，針對不同的工程要求和特點(diǎn)，選擇合適的處理方法及其重要。DDC法、擠密法、預(yù)浸水法都是有效的方法，我們在推廣應(yīng)用的同時，還應(yīng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加以改進(jìn)，合理的控制剩余濕陷量，實(shí)現(xiàn)保證質(zhì)量、施工簡便、節(jié)約投資的目標(biāo)，取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]田耀文，杜小川.大厚度濕陷性黃土地基處理方法[J].甘肅科技，2011（19）：147～151.

[2]黃雪峰，陳正漢.大厚度自重濕陷性黃土地基處理厚度與處理方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007（26）：4332～4338.

[3]邢乾輝，馬國房.濕陷性黃土地基處理方法研究[J].西部探礦工程，2013（03）：17～18.

[4]宋俊斌.大厚度自重濕陷性黃土地基處理厚度與處理方法研究[J].城市建筑，2007：145.

TU444

A

1673-0038（2015）18-0051-02

2015-3-9

牛新朋（1982-），男，工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

王丹（1982-），男，工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

盧林濤（1981-），男，工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。