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1、湿陷性黄土地基处理方法研究1、概述定义:黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土; 若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。湿陷性黄土是一种十分特殊的土质，俗称大孔土，主要分布于我国陕甘宁等缺水少雨的干旱地区。属砂壤土的范畴，砂壤土的粘土含量为 12.50%25%,壤土的粘土含量为 25% 37.50%，而湿陷性黄土的颗粒组成中粘粒的含量为8%26%，属于砂壤土，但其性质与砂壤土又有所不同：在天然状态下具有肉眼能看见的大孔隙，孔隙比一般大于 1，并常有由于生物作用所形成的管状孔隙，天然剖面呈竖直节理、颗粒粗，土质干燥；
2、颜色在干燥时呈淡黄色，稍湿时呈黄色，湿润时呈褐黄色；土中含有石英、高岭土成分、含盐量大于0.30%，有时含有石灰质结核；吸水及透水性较强，塑性粘聚力差，水易冲刷成沟，不易粘结，土样浸入水中后，很快崩解，同时有气泡冒出水面；在干燥状态下，有较高的强度和较小的压缩性，由于土质竖直方向分布的小管道几乎能保持竖立，边坡遇水后，土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉，产生严重湿陷。这种土质的基础处理与其它土质相比，施工难度大，进度慢，程度复杂，耗用时间长，特别是大面积的土质夯填及水利坝体处理。黄土湿陷的原因常由于管道漏水，地面积水，生产和生活用水等渗入地下，或由于降水量较大，灌溉渠和水库的泄露或回水使地下水
3、位上升等原因而引起。但受水浸湿只是湿陷发生所必须的外界条件，而黄土的结构特征及物质成分湿产生湿陷性的内在原因。影响因素:1、干旱或半干旱的气候是黄土形成的必要条件。2、黄土受水浸湿后，结合水膜增厚进入颗粒之间。3、黄土中胶结物的多寡和成分，以及颗粒的组成和分布，对黄土的结构特点和湿陷性的增强有着重要的影响。4、黄土的湿陷性还和孔隙比，含水率以及所受压力的大小有关。2、湿陷性黄土地基处理基本思路湿陷性黄土路基处理的基本原则是破坏土的大孔结构，改善土的工程性质，减少土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生，部分或全部消除它的湿陷性。对于湿陷性黄土地基处理具体方法也很多，但归纳起来其基本思路不外乎以下
4、几种：1.全部消除黄土层湿陷性，这对于湿陷性黄土土层厚度在 15 内时容易达到，其常用方法有垫层法(处理深度 13 m),强夯法( 处理深度 312 m)、挤密法(处理深度 515 m)等。2.部分消除黄土层湿陷性，根据建(构)筑物的重要性及分类，限定最小处理厚度，严格控制剩余湿陷量。3.基础穿透湿陷性黄土层，传力于非湿陷性土层或可靠的持力层上，常用方法就是桩基。这种方法被广泛应用于比较重要的建(构)筑物的基础。4.充分做好建(构)筑物基础的防水、排水措施，使基础下湿陷性黄土地基无法浸水，以达到避免地基湿陷的目的。3、常用的处理湿陷性黄土地基的方法3.1 强夯法又叫动力固结法。是利用起重设备将
5、 80400 kg 的重锤起吊到 1040m 高处，然后使重锤自由落下，对黄土地基进行强力夯击，以消除其湿陷性，降低压缩变形，提高地基强度，但强夯法适用对地下水位以上饱和度 Sr60%的湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的深度在 312m。土的天然含水率对强夯法处理至关重要，天然含水量低于 10%的土，颗粒间摩擦力大，细土颗粒很难被填充，且表层坚硬，夯击时表层土容易松动，夯击能量消耗在表层土上，深部土层不易夯实，消除湿陷性黄土的有效深度小，夯填质量达不到设计效果。当上部荷载通过表层土传递到深部土层时，便会由于深部土层压缩而产生固结沉降，对上部建筑物造成破坏。3.2 垫层法土（或灰土）垫层
6、是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法，在湿陷性黄土地区使用较广泛，具有因地制宜，就地取材和施工简便等特点。实践证明，经过回填压实处理的黄土地基湿陷性速率和湿陷量大大减少，一般表土垫层的湿陷量减少为 13cm ，灰土垫层的湿陷量往往小于 1cm，垫层法适用于地下水位以上，对湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的湿陷性黄土层厚度在 13m，垫层法根据施工方法不同可分为土垫层和灰土垫层，当同时要求提高垫层土的承载力及增强水稳定时，宜采用整片灰土垫层处理。3.2.1 素土垫层法。素土垫层法是将基坑挖出的原土经洒水湿润后，采用夯实机械分层回填至设计高度的一种方法，它与压实机械做的功、土的含水率、铺
7、土厚度、及压实遍数存在密切关系。压实机械做的功与填土的密实度并不成正比，当土质含水量一定时，起初土的密实度随压实机械所做的功的增大而增加，当土的密实度达到极限时，反而随着功的增加而破坏土的整体稳定性，形成剪切破坏。在大面积的素土夯填施工中时常遇到，运输土料的重型机械容易对已夯筑完毕的坝体表面形成过度碾压，造成剪切破坏，同时对含水率过高的地区形成“橡皮泥”现象，从而出现渗漏。这些都将是影响夯填质量的主要因素。3.2.2 灰土垫层法。灰土垫层法是采用消石灰与土的 28 或 37 的体积比配合而成，经过筛分拌合，再分层回填，分层夯实的一种方法，要保证夯实的质量必须要严格控制好灰土的拌制比例，土料的含
8、水率，这对夯填质量起主要的影响因素。在实际施工过程中，不可能用仪器对每一层土样进行含水率测定，只能通过“握手成团，落地开花” 的直观测定法来测定，但这种方法对于湿陷性黄土测定范围过于偏大，经过实验测定大致在 14%19% ，存在测定偏差，且土质湿润不够均匀，往往有表层土吸水饱和，下层土干燥的现象，给施工带来很大的难度。当处理厚度超过 3m 时，挖填土方量大，施工期长，施工质量也不易保证，严重影响工程质量和工程进度。所以垫层法同样存在着施工局限。3.3 挤密法挤密法是利用沉管、爆破、冲击、夯扩等方法在湿陷性黄土地基中挤密填料孔再用素土、灰土、必要时采用高强度水泥土、分层回填夯实以加固湿陷性黄土地
9、基，提高其强度，减少其湿陷性和压缩性。挤密法适用于对地下水位以上，饱和度 Sr65%的湿陷性黄土地基进行加固处理，可处理的湿陷性黄土厚度一般为 515m。但通过实践证明：挤密法对土的含水量要求较高（一般要求略低于最优含水率） ，含水量过高或过低，挤密效果都达不到设计要求，这在施工中很难控制，因为湿陷性黄土的吸水性极强且易达到饱和状态，在湿陷性黄土进行洒水湿润时，表层土质饱和后容易形成积水，下部土质却很难受水接触而呈干燥状态，对于含水量10%的地基土，特别是在整个处理深度范围内的含水量普遍偏低的土质中是不易采用的。3.4 桩基础法桩基础既是一种基础形式也可看作是一种地基处理措施，是在地基中有规则
10、的布置灌注桩或钢筋混凝土桩，以提高地基承载能力。桩根据受力不同可分为端承桩和摩擦桩，这种地基处理方法在工业与民用建筑中使用较多，但桩基础仍然存在浅在的隐患，地基一旦浸水，便会引起湿陷给建筑物带来危害。在自重湿陷性黄土中浸水后，桩周土发生自重湿陷时，将产生土相对桩的向下位移对桩产生一个向下的作用力即负摩擦力。而且通过实践证明，预制桩的侧表面虽比灌注桩平滑，但其单位面积上的负摩擦力却比灌注桩大。这主要是由于预制桩在打桩过程中将桩周土挤密，挤密土在桩周形成一层硬壳，牢固的黏附在桩侧表面上，桩周土体发生自重湿陷时不是沿桩身而是沿硬壳层滑移，硬壳层增加了桩的侧表面面积，负摩擦力也随着增加，正是由于这股强
11、大的负摩擦力至使桩基出现沉降，由于负摩擦力的发挥程度不同，导致建筑物地质基础产生严重的不均匀沉降，构成基础的剪切应力，形成剪应力破坏，这也正是导致众多事故发生的主要因素。3.5 预浸水法湿陷性黄土地基预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性，在施工前进行大面积浸水使土体预先产生自重湿陷，以消除黄土土层的自重湿陷性，它只适用于处理土层厚度大于 10m，自重湿陷量计算值不大于 500mm 的黄土地基，经预浸法处理后，浅层黄土可能仍具外荷湿陷性，需做浅层处理。预浸水法用水量大、工期长，一般应比正式工程至少提前半年到一年进行，浸水前沿场地四周修土埂或向下挖深 50cm，并设置标点以观测地面及深层土的
12、湿陷变形，浸水期间要加强观测，浸水初期水位不易过高，待周围地表出现环形裂缝后再提高水位，湿陷性变形的观测应到沉陷基本稳定为止。预浸水法用水量大，对于缺水少雨、水资源贫乏地区，不易采用，当土层下部存在隔水层时，预浸时间加大，工期延长，都将是影响工程的因素。3.6 深层搅拌桩法深层搅拌桩是复合地基的一种，近几年在黄土地区应用比较广泛，可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便、快捷、无振动，基本不挤土，低噪音等特点。深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后，与粘土中的水分发生水解和水化反应，进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳
13、定的结晶化合物，这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应，使水泥有一定的强度，从而使地基土达到承载的要求。深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种，干法施工就是“粉喷桩”，其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水泥干粉，因此必然对土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量较低时，很容易出现桩体中心固化不充分、强度低的现象，严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此，应用粉喷桩的土层中含水量应超过 30%，在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。对于土的天然含水量过高或过低时都不允许采用。4、结语湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，应根据不同的地基土质和不同的结构物，对地基处理选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别等重要地质参数，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。而不能一味的追求经济利益，对工程质量视而不见，终将导致无可挽回的后果。
