濕陷性黃土地基的施工

高立文

摘 要：處理濕陷性黃土地基的方法有灰土（或素土）墊層、重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、石灰樁、素土樁擠密法、浸水處理等?？筛鶕?jù)地基濕陷類型、等級、結(jié)構(gòu)物要求等條件選用。

關(guān)鍵詞：濕陷性；黃土地基；施工

寧夏固原地區(qū)位于黃土高原濕陷性黃土地區(qū)，近幾年公路建設(shè)施工頻繁，在施工過程中對濕陷性黃土的性質(zhì)和特點(diǎn)必須掌握清楚，采取科學(xué)有效的施工方法，才能保證黃土地區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量和使用壽命。

黃土是一種在第四世紀(jì)時期形成的黃色粉狀土。它含有大量的碳酸鹽類，通常具有肉眼可見的大孔隙。以風(fēng)力搬運(yùn)堆積，又未經(jīng)次生擾動，不具層理的稱為原生黃土，而由風(fēng)成以外的其他成因堆積而成的，常具有層理和砂或礫石夾層，則稱為次生黃土或黃土狀土。天然含水量的黃土，若未受水浸濕，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較小。但有的黃土在受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，并發(fā)生顯著的附加下沉。強(qiáng)度也隨著迅速降低，這種黃土稱為濕陷性黃土。不發(fā)生濕陷的黃土稱為非濕陷性黃土。濕陷性黃土分為自重濕陷性和非自重濕陷性兩種，在土自重壓力下受水浸濕后發(fā)生濕陷的為自重濕陷性黃土，而在此壓力下受水浸濕不發(fā)生濕陷，需在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，受水浸濕才發(fā)生濕陷的稱為非自重濕陷性黃土。

我國黃土分布很廣，面積約達(dá)6×105km2。其中濕陷性黃土約占四分之三，遍及甘、陜、晉大部分地區(qū)以及豫、寧、冀等部分地區(qū)。此外，新疆和魯、遼等地也有局布分布，以黃河中游地區(qū)的黃土最為發(fā)育。濕陷性黃土多出現(xiàn)在地表淺層，如晚更新世（Q3）及全新世（Q4）新黃土或新堆積黃土是濕陷性黃土的主要土層。

由各種原因（管道漏水、地面積水、地下水位回升等）的浸濕而引起結(jié)構(gòu)物不均勻沉降是黃土地區(qū)地基事故的主要原因，它將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的大幅度下沉、開裂、傾斜甚至嚴(yán)重影響其安全和使用。因此，對黃土地基，首先必須判明它是否具有濕陷性，進(jìn)而區(qū)別其屬于自重濕陷性黃土或非自重濕陷性黃土，以便采取相應(yīng)的措施，防止或消除它的濕陷性。

濕陷性黃土地基的設(shè)計和施工，除了必須遵循一般地基的設(shè)計和施工原則外，還應(yīng)針對濕陷性這一特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?。措施之一是處理地基，以消除產(chǎn)生濕陷內(nèi)在原因；二是是防水、排水以改變引起濕陷的外界條件；三是采取結(jié)構(gòu)措施，以改善建筑物對地基濕陷引起的不均勻沉降的適應(yīng)性或抵抗能力?，F(xiàn)針對橋梁工程中，對較高的墩、臺和超靜定結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)或沉井等型式，并將基礎(chǔ)底面設(shè)置到非濕陷性土層中；對一般結(jié)構(gòu)的大中橋梁，重要的道路人工構(gòu)造物，如屬Ⅱ級非自重濕陷性地基或各級自重濕陷性黃土地基，應(yīng)將基礎(chǔ)置于非濕陷性黃土層或?qū)θ繚裣菪渣S土層進(jìn)行處理并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施；如屬I級非自重濕陷性黃土也應(yīng)對全部濕陷性黃土層進(jìn)行處理或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施。小橋涵及其附屬工程和一般道路人工桕造物視地基濕陷程度，可對全部濕陷性土層進(jìn)行處理，也可消除地基的部分濕陷性或僅采取結(jié)構(gòu)措施。

結(jié)構(gòu)措施是指結(jié)構(gòu)型式盡可能采用簡支梁等對不均勻沉降不敏感的結(jié)構(gòu)，加大基礎(chǔ)剛度使受力較均勻以及對長度較長，體形復(fù)雜的結(jié)構(gòu)物采用沉降縫將其分為若干獨(dú)立單元等。

所謂對全部濕陷性黃土層進(jìn)行處理，在非自重濕陷性黃土地基，應(yīng)自基底處理至非濕陷性土層頂面（或壓縮層下限），或者以土層的濕陷起始壓力來控制處理厚度，即對地基持力層內(nèi)，附加應(yīng)力與上層土自重應(yīng)力之和大于該處土的濕陷起始壓力Psh范圍內(nèi)的土層進(jìn)行處理；對自重濕陷性黃土地基是指全部濕陷性黃土層的厚度。

消除地基的部分濕陷性主要是處理基礎(chǔ)底面以下適當(dāng)深度的土層，因?yàn)檫@部分土層的濕陷量一般占總濕陷量的大部分，這樣處理后，雖發(fā)生少部分濕陷也不致影響結(jié)構(gòu)物的安全和使用。處理厚度視結(jié)構(gòu)物類別，土的濕陷等級、厚度，基底壓力大小而定，一般對非自重濕陷性黃土為1～3m，自重濕陷性黃土地基為2～5m。

常用的處理濕陷性黃土地基的方法有灰土（或素土）墊層、重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、石灰樁、素土樁擠密法、浸水處理等?？筛鶕?jù)地基濕陷類型、等級、結(jié)構(gòu)物要求等條件選用，現(xiàn)將其使用于濕陷性黃土地基時的特點(diǎn)扼要介紹如下：

（-）灰土或素土墊層

將基底以下濕陷性土層全部挖除或挖到預(yù)計的深度，然后用灰土（三分石灰七分土）或素土（就地挖出的粘性土）分層夯實(shí)回填，墊層厚度及尺寸計算方法同砂礫墊層，壓力擴(kuò)散角θ對灰土用30°，對素土用22°。墊層厚度一般為1.0～3.0m。它消除了墊層范圍內(nèi)土的濕陷性，減輕或避免了地基因附加應(yīng)力產(chǎn)生的濕陷，如將地基持力層內(nèi)總應(yīng)力超過濕陷起始應(yīng)力的部分挖除，采用墊層，可以使地基的非自重濕陷消除。它施工簡易，效果顯著，是一種常用的地基淺層濕陷性處理或部分處理的方法。施工時必須保證工程質(zhì)量，對回填的灰土、素土層，應(yīng)控制其最佳含水量和最大干容重，否則達(dá)不到預(yù)期效果。

（二）重錘夯實(shí)及強(qiáng)夯法

重錘夯實(shí)法能消除淺層的濕陷性，如用15～40kN的重錘，落高2.5～4.5m，在最佳含水量情況，可消除在1.0～1.6m深度內(nèi)土層的濕陷性。強(qiáng)夯法根據(jù)國內(nèi)使用紀(jì)錄，在錘重100～200kN，自由下落高度10～20m錘擊兩遍，可消除4～6m范圍內(nèi)土層的濕陷性。

兩種方法均應(yīng)事先在現(xiàn)場進(jìn)行夯擊試驗(yàn)，確定達(dá)到預(yù)期處理效果（一定深度內(nèi)濕陷性的消除情況）所必需的夯點(diǎn)、錘擊數(shù)、夯沉量等，以指導(dǎo)施工，保證質(zhì)量。

（三）石灰土或二灰（石灰與粉煤灰）擠密樁

用打入樁、沖鉆或爆擴(kuò)等方法在土中成孔，然后用石灰土或?qū)⑹遗c粉煤灰混合分層夯填樁孔而成（少數(shù)也有用素土），用擠密的方法破壞黃土地基的濕陷性。擠密樁的效果取決于土的被擠密程度，采用樁徑、樁距應(yīng)在現(xiàn)場用試驗(yàn)確定，要求地基土在擠密范圍邊緣上干容重應(yīng)達(dá)到16kN/m3以上。采用擠密樁處理濕陷性黃土地基時，應(yīng)在地基表層采取防水措施（如表層夯實(shí)等）。

（四）預(yù)浸水處理

自重濕陷性黃土地基利用其自重濕陷的特性，可在結(jié)構(gòu)物修筑前，先將地基充分浸水，使其在自重作用下發(fā)生濕陷，然后再修筑。實(shí)踐證明這樣可以消除地表下數(shù)米以外黃土的自重濕陷性，地表數(shù)米以內(nèi)的土層往往因壓力偏低而仍有濕陷性，須再作處理。此外也應(yīng)考慮預(yù)浸水后，附近地表可能產(chǎn)生開裂、下沉等不利因素的影響。

除以上的地基處理方法外，對既有橋涵等結(jié)構(gòu)物地基的濕陷也可考慮采用硅化法等加固地基。利用硅酸鈉（水玻璃）為主劑的化學(xué)漿液加固方法稱為硅化法。硅化法的加固機(jī)理是按漿液成分可分為單液法和雙液法。單液法使用單一的水玻璃溶液，客觀上較適用于黃土類土的加固。此時，水玻璃較易滲透入土孔隙，與土中的鈣質(zhì)相互作用形成凝膠，而使土粒膠結(jié)成整體。雙液法常用的有水玻璃（為主劑）-氯化鈣溶液、水玻璃-水泥漿液，水玻璃-鋁酸鈉溶液等，可適用于滲透系數(shù)K=（0.1～80）m/d的砂土和粘性土等。對于受瀝青、油脂、石油化合物等浸透的土以及PH值大于9的土不宜采用硅化法加固。濕陷性黃土地區(qū)塞坑均應(yīng)以不透水土夯實(shí)回填，結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)附近地面也應(yīng)夯實(shí)整平，以防止地表水的積聚、滲入地基。

參考文獻(xiàn)

[1]基礎(chǔ)工程/馮忠居主編，人民交通出版社，2004.9.