建筑工程濕陷性地基加固技術(shù)研究

孟經(jīng)

（臨猗縣建筑工程質(zhì)量服務(wù)站，山西 運(yùn)城 044100）

0 引言

濕陷性黃土具備著欠壓實(shí)性以及濕陷性等特征。當(dāng)濕陷性黃土受到水的浸入后，在上覆土層的重壓、自身的重力或者外界環(huán)境因素的影響下，會(huì)迅速發(fā)生沉陷破壞。據(jù)相關(guān)研究顯示，當(dāng)建筑物底部的濕陷性黃土地基加固不到位時(shí)，建筑漏水、地下水位上漲等各類因素均有可能導(dǎo)致地基濕陷，進(jìn)而對(duì)建筑物、周邊環(huán)境、地下管線等造成嚴(yán)重的威脅。由此可見，在濕陷性土質(zhì)地區(qū)開展工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)首先對(duì)地基采取妥當(dāng)?shù)募庸檀胧?，待土質(zhì)力學(xué)性能得到改善、濕陷性被消除之后，方可開展上部建筑物的施工。

1 濕陷性黃土的特點(diǎn)及濕陷機(jī)理

1.1 黃土特點(diǎn)

黃土隸屬于第四紀(jì)大陸的松散堆積物，可以細(xì)分為濕陷性以及非濕陷性黃土。其中，濕陷性黃土顏色為黃色或黃褐色、土體呈粉粒狀，土體中存在著較大的孔隙。依據(jù)地層特征的不同，黃土可以被劃分為新近堆積黃土、新黃土以及老黃土。其中新近堆積黃土中蟲孔較多，且蟲孔直徑高達(dá)0.55～2cm，土體較為松軟；新黃土土質(zhì)較為均勻，土體結(jié)構(gòu)對(duì)比新近堆積黃土較為密實(shí)；新近堆積黃土以及新黃土均存在著濕陷性的問題；老黃土土質(zhì)較為密實(shí)，一般不存在濕陷性的問題。

1.2 黃土濕陷機(jī)理

黃土濕陷具備多種多樣的原因，其機(jī)理也大不相同。歸納來看，黃土濕陷的原因主要如下：①在雨水等環(huán)境因素的作用下，粉粒黃土被粘聚在一起，土顆粒相互凝結(jié)，在含水率增加的同時(shí)，黃土的有效重度被極大削減，直接導(dǎo)致了黃土在自重作用下的壓密性減弱。而當(dāng)黃土上部存在建筑物時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致土體濕陷加劇，進(jìn)而引發(fā)地基中“毛細(xì)血管”的“爆破”，使得黃土的濕陷性愈發(fā)嚴(yán)重。②黃土中可溶鹽所占比例較高，導(dǎo)致了黃土結(jié)構(gòu)松散、孔隙率高、強(qiáng)度低，直接導(dǎo)致地基承載性能薄弱，引發(fā)濕陷問題。③黃土中的部分土料表面附有結(jié)合水膜，在黃土遇水時(shí)，水膜會(huì)吸水并導(dǎo)致土料之間發(fā)生滑動(dòng)，削弱了土體的抗剪強(qiáng)度，引發(fā)濕陷。④黃土中的土料大部分以單粒的形式存在，土料之間連接薄弱，未形成強(qiáng)有力的整體，在外力作用下極易發(fā)生濕陷。

2 濕陷性黃土條件下的地基加固技術(shù)

2.1 換填墊層加固技術(shù)

換填墊層是指將較為軟弱的地基部分挖除，并利用水穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、密度大的回填材料予以回填。對(duì)于濕陷性地基，應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)厚度將濕陷性土層挖除，進(jìn)一步填筑灰土或素土，并待填筑材料處于最佳含水率時(shí)予以碾壓。一般情況下將墊層厚度控制為基礎(chǔ)寬度的一至兩倍。在換填過程中，應(yīng)控制回填料的密度在1.6t/m3以內(nèi)。換填墊層地基加固技術(shù)可以將1～3m 以內(nèi)的濕陷性地基消除，且施工耗費(fèi)較少。

2.2 重錘夯實(shí)加固技術(shù)

重錘夯實(shí)加固技術(shù)是指利用2～3t 的重錘反復(fù)夯實(shí)地基土，以改善濕陷性、增強(qiáng)地基的干密度，進(jìn)一步削減地基的透水性、提高地基的承載性能，該技術(shù)適用于飽和度Sr<60%且位于地下水位以上的濕陷性地基。一般來說，該技術(shù)可以將1.0～2m 厚度范圍內(nèi)的地基濕陷性消除?？紤]到非自重濕陷性黃土具備較大的濕陷起始?jí)毫?，重錘夯實(shí)加固技術(shù)在該種地基中的功效顯著。

2.3 強(qiáng)夯法加固技術(shù)

強(qiáng)夯法加固技術(shù)，又稱為動(dòng)力固結(jié)法加固技術(shù)，其英文全稱為“dynamic consolidation or dynamic compaction”。該技術(shù)是指利用80～400kN的重錘自10～40m 的高空自由下落并夯擊于地基。該技術(shù)起源于法國(guó)，由L·梅納研發(fā)，在1978 年傳入我國(guó)并被廣泛運(yùn)用。與重錘夯實(shí)地基加固技術(shù)類似，強(qiáng)夯法適用于適用于飽和度Sr<60%且位于地下水位以上的濕陷性地基。

2.4 擠密樁加固技術(shù)

土擠密樁和灰土擠密樁是指在濕陷性地基中形成樁孔，開孔方式包含沖擊、沉管或者爆破等，樁孔直徑一般控制在280～600mm 范圍內(nèi)，待樁孔開設(shè)完成后，向孔內(nèi)填筑素土或灰土，進(jìn)而產(chǎn)生土擠密樁或灰土擠密樁。該技術(shù)適用于5～15m 深度范圍內(nèi)的濕陷性地基，且地基的含水率應(yīng)在14%～23%范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)鼗暮驶蛘唢柡投冗^大時(shí)，使用該技術(shù)極易造成樁孔隆起或縮頸，進(jìn)而導(dǎo)致擠密效果削弱。擠密樁加固技術(shù)的加固原理可以歸納如下：①開孔過程中樁孔部位的原狀土被側(cè)向擠壓密實(shí)。②樁孔內(nèi)的回填材料會(huì)與原狀土發(fā)生物理以及化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)度較高的土擠密樁或者灰土擠密樁。在施工過程中，應(yīng)首先濕潤(rùn)地基，將地基含水率調(diào)整至最佳含水率ωop±4%左右，進(jìn)一步開設(shè)樁孔，以取得最佳的擠密效果。此外，在濕潤(rùn)過程中應(yīng)及時(shí)關(guān)注附加濕陷量對(duì)周邊環(huán)境以及建構(gòu)筑物造成的影響。

2.5 DDC 樁加固技術(shù)

考慮到擠密樁法處置地基深度不超過15m，且加固后的復(fù)合地基承載力一般無法超過250kPa，DDC 樁加固技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。DDC 樁加固技術(shù)又被成為孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁法，該技術(shù)可以大幅度提高復(fù)合地基承載性能，也可以運(yùn)用于深厚濕陷性地基的加固。該技術(shù)的原理為：采用鉆孔或沖孔的方式開孔，進(jìn)一步在孔內(nèi)分層填筑填料，并利用重錘予以壓實(shí)。填筑填料包含砂石、混凝土塊、土、工業(yè)廢料等。對(duì)于包含濕陷性黃土、飽和軟土、淤泥層的復(fù)雜地基，可以在軟土層對(duì)應(yīng)的樁孔高度內(nèi)填筑素混凝土，對(duì)其他樁孔高度填筑一般填料，以形成復(fù)合樁體，提高樁身整體強(qiáng)度、避免樁體在側(cè)向土壓力作用下發(fā)生變形。

2.6 堿液加固技術(shù)

堿液加固技術(shù)是指將NaOH 溶液加熱至設(shè)計(jì)溫度，并利用無壓自流的方法將溶液灌注進(jìn)入濕陷性地基，進(jìn)而使得地基中的土粒與NaOH 溶液發(fā)生化學(xué)發(fā)應(yīng)，在土粒表面生成具備較高強(qiáng)度的鈣鋁酸鹽絡(luò)合物，堿液法加固技術(shù)的加固深度最高可達(dá)5m。在施工之前，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)以確定該技術(shù)是否適用于特定環(huán)境下的濕陷性地基。值得注意的是，該技術(shù)不適用于pH＞9、受污染嚴(yán)重以及有機(jī)質(zhì)含量過高的地基，因?yàn)樵诖祟惖鼗校琋aOH 溶液會(huì)受到雜質(zhì)的阻礙而無法與土粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

2.7 預(yù)浸水加固技術(shù)

預(yù)浸水加固技術(shù)即在濕陷性地基中開挖一定規(guī)模的基坑并浸水，使得地基發(fā)生自重濕陷，進(jìn)而消除濕陷性。該技術(shù)耗水量較大，且施工周期長(zhǎng)達(dá)3-6 月。該技術(shù)的適用于厚度≥10m、自重濕陷量Δzs≥50cm 的濕陷性地基。在加固過程中應(yīng)關(guān)注如下要點(diǎn)：①應(yīng)控制浸水基坑的邊沿與建筑物的距離在50m 以上，避免地基浸潤(rùn)影響周邊環(huán)境及建構(gòu)筑物。②應(yīng)確保浸水基坑的邊長(zhǎng)大于濕陷性地基的厚度，對(duì)于較大面積的浸水基坑應(yīng)采取分段浸水的處理方式。③應(yīng)確保浸水基坑的水頭高度在300mm以上，并依據(jù)濕陷變形穩(wěn)定控制浸水時(shí)間，當(dāng)連續(xù)五天的平均濕陷量在1mm/d 以內(nèi)時(shí)，方可結(jié)束浸水。此外，在建筑基礎(chǔ)施工之前，應(yīng)妥善開展勘察作業(yè)，科學(xué)的評(píng)定地基濕陷性，評(píng)定合格后方可開展基礎(chǔ)施工。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)地域富饒，不同的地區(qū)具備迥異的地形地貌以及水文情況，而建筑物尤其是高層建筑物對(duì)地基土的要求較高，所以務(wù)必要重視濕陷性黃土地基對(duì)建筑物造成的危害。本文客觀的分析了濕陷性黃土的特點(diǎn)及濕陷機(jī)理，并研究了具體的地基加固技術(shù)，以期作為后續(xù)濕陷性地基加固施工的指導(dǎo)。