湿陷性黄土及其地基处理

一、湿陷性黄土的概念和分布黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种呈褐黄色或灰黄色、具有针状孔隙及垂直节理的特殊土【北京恒祥宏业加固技术有限公司提供】。黄土在全世界分布面积达1300万。我国黄土分布的面积约64万，其中具有湿陷性的约27万。主要分布在秦岭以北的黄河中游地区，如甘、陕、晋的大部分地区，河南西部和宁夏、青海、河北的部分地区。在我国大的地貌分区图上，称之为黄土高原。黄土地区沟壑纵横、常发育成为许多独特的地貌形状，常见的有：黄土塬、黄土梁、黄土峁、黄土陷穴等地貌。黄土在天然含水量时，呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性。但遇水浸湿后，有的即使在自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷(称为湿陷性)，强度也随之迅速降低。而有些地区的黄土却并不发生湿陷。可见，同样是黄土，遇水浸湿后的反应却有很大的差别。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两种。前者是指在上覆土自重压力下受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土;后者是指只有在大于上覆土自重压力下(包括附加应力和土自重应力)受水浸湿后才会发生湿陷的湿陷性黄土。在土建工程中，对自重湿陷性黄土尤应加以注意。二、湿陷性黄土地基的处理湿陷性黄土地基处理的目的主要在于改善土的物理力学性质，消除或减少地基因偶然浸水而引起的湿陷变形。按黄土处理厚度可分为全部湿陷性黄土层处理和部分湿陷性黄土层处理。对于非自重湿陷性黄土地基，当采用全部湿陷性黄土层处理时，处理厚度应取基底至非湿陷性黄土层顶面(或压缩土层下限)，或者以土层的湿陷起始压力来控制处理厚度;对于自重湿陷性黄土地基是指全部湿陷性黄土层的厚度。当采用部分湿陷性黄土处理时，一般对非自重湿陷性黄土为1~3m，自重湿陷性黄土为3~5m。常见的处理湿陷性黄土地基的方法有灰土或素土垫层法、重锤表层夯实和强夯法、石灰土或素土桩法和预浸水法等。1.灰土或素土垫层法垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，提高地基承载力，可将其分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下1~3m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部或整片土垫层进行处理;当同时要求提高垫层土的承载力或增强水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层进行处理。垫层的设计主要包括垫层的厚度、宽度、夯实后的压实系数和承载力设计值的确定等方面。垫层设计的原则是既要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，又要符合经济合理的要求。同时，还要考虑以下几方面的问题：(1)局部土垫层的处理宽度超出基础底边的宽度较小，地基处理后，地面水及管道漏水仍可能从垫层侧向渗入下部未处理的湿陷性土层而引起湿陷，因此，设置局部垫层不考虑起防水、隔水作用，地基受水浸湿可能性大及有防渗要求的建筑物，不得采用局部土垫层处理地基。(2)整片垫层的平面处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，不应小于垫层的厚度，即并不应小于2m。(3)在地下水位不可能上升的自重湿陷性黄土场地，当未消除地基的全部湿陷量时，对地基受水浸湿可能性大或有严格防水要求的建筑物，采用整片土垫层处理地基较为适宜。但地下水位有可能上升的自重湿陷性黄土场地，应考虑水位上升后，对下部未处理的湿陷性土层引起湿陷的可能性。2.重锤表层夯实及强夯法重锤表层夯实适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。一般采用2.5～3.0t的重锤，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黄土层的湿陷性。在夯实层的范围内，土的物理、力学性质获得显著改善，平均干密度明显增大，压缩性降低，湿陷性消除，透水性减弱，承载力提高。非自重湿陷性黄土地基，其湿陷起始压力较大，当用重锤处理部分湿陷性黄土层后，可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形。因此在非自重湿陷性黄土场地采用重锤夯实的优越性较明显。强夯法是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。3.挤密桩法挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，施工时，先按设计方案在基础平面位置布置桩孔并成孔，然后将备好的素土(粉质粘土或粉土)或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯(捣)实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而形成复合地基。值得注意的是，不得用粗颗粒的砂、石或其它透水性材料填入桩孔内。灰土挤密桩和土桩地基一般适用于地下水位以上含水量14%～22%的湿陷性黄土和人工黄土和人工填土，处理深度可达5～10米。灰土挤密桩是利用锤击打入或振动沉管的方法在土中形成桩孔，然后在桩孔中分层填入素土或灰土等填充料，在成孔和夯实填料的过程中，原来处于桩孔部位的土全部被挤入周围土体，通过这一挤密过程，从而彻底改变土层的湿陷性质并提高其承载力。4.预浸水法预浸水法是在修建建筑物前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的湿陷性。预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响建筑物的安全，所以空旷的新建地区较为适用。三、湿陷性黄土桥涵地基的处理湿陷性黄地区桥涵根据其重要性、结构特点、受水浸湿后的危害程度和修复难易分为A、B、C、D四类：A类：20m及以上高墩台和外超静定桥梁;B类：一般桥梁基础，拱涵;C类：一般涵洞及倒虹吸;D类：桥涵附属工程。湿陷性黄土地区的桥涵应根据湿陷性黄土的等级、结构物分类和水流特征，采取相应的设计措施和处理方案，以满足沉降控制的要求。地基处理措施可参考下表。湿陷性黄土地区桥涵地基处理的措施水流特征及湿陷等级类型及措施经常性流水（或浸湿可能性较大）季节性流水（或浸湿可能性较小）ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣA措施①①B措施②、③②、③①、②①③②、③②处理深度（m）2.0~3.03.0~5.04.0~6.06.00.8~1.01.0~2.02.0~3.05.0C措施③②③处理深度（m）0.8~1.01.0~1.51.5~2.03.00.5~0.80.8~1.21.2~2.02.0D措施④④注：表中①、②、③、④为措施编号，各编号所代表的处理措施如下：①墩台基础采用明挖、沉井或桩基，置于非湿陷性土层中;②采用强夯法或挤密桩法，并采取防水和结构措施;③采取重锤夯实，并采取防水和结构措施;④地基表层夯实。