湿陷性黄土及其处理方法研究

湿陷性黄土及其处理方法研究1内容摘要黄土在我国分布甚广。由于具有特殊的成分和性质，黄土在工程界占有特殊地位。它的最大特点是结构性强，遇水发生湿陷并且强度迅速软化。因此，建筑在湿陷性黄土地区的工程时常会发生与其相关的病害，对于湿陷性黄土地基的处理技术研究具有重要的意义。本文介绍了湿陷性黄土的类别及其湿陷机理，重点分析了湿陷性黄土处理技术的特点及适用状况。本文为湿陷性黄土概念及灰土和素土垫层法、强夯法、土（或灰土）挤密桩法等一些处理方法的理论、过程及注意问题，包括失陷性黄土的概念及其失陷机理，以及各种处理方法之间的比较，对以后在不同的施工条件下采取不一样的处理提供了一些方法。第一部分：湿陷性黄土概念；第二部分：黄土的失陷机理；第三部分：湿陷性黄土地基的处理方法；第四部分；工程实例；第五部分：结语；第六部分：参考文献.随着科学技术的迅速发展，对新型材料的研究使用，对湿陷性黄土地基的处理方法越来越多，也有了一定的施工经验。在近十几年开始采用的有孔内深层强夯法CFG(水泥粉煤灰碎石桩)法、夯坑置换法、压力灌浆法等，都不失为好方法。但不管是采用那种方法，只要有严密的质量控制手段，都可能经济而有效地获得期望的效果。关键词：湿陷性；黄土；处理方法；研究2目录一、湿陷性黄土概念..................................................1二、黄土的湿陷机理..................................................1三、湿陷性黄土地基的处理方法........................................3（一）灰土和素土垫层法..........................................3（二）强夯法....................................................5（三）土（或灰土）挤密桩法......................................7四、工程实例........................................................9五、结语..........................................................1311湿陷性黄土及其处理方法研究黄土在我国分布甚广。由于具有特殊的成分和性质，黄土在工程界占有特殊地位。它的最大特点是结构性强，遇水发生湿陷并且强度迅速软化。因此，建筑在湿陷性黄土地区的工程时常会发生与其相关的病害，对于湿陷性黄土地基的处理技术研究具有重要的意义。本文介绍了湿陷性黄土的类别及其湿陷机理，重点分析了湿陷性黄土处理技术的特点及适用状况。一、湿陷性黄土概念湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土，在自重压力或自重压力与附加压力作用下，或在上覆土自重压力和附加应力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著附加下沉的现象。它的这种特性，会对结构物带来不同程度的危害，使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜，严重影响其安全和使用。二、黄土的湿陷机理湿陷性黄土按其湿陷机理可分为高可溶盐的湿陷性黄土和高空隙率的湿陷性黄土，由于这两类湿陷性黄土的湿陷性机理不同，因此应对湿陷性黄土地基有可靠的鉴定和正确的认识，并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。湿陷性黄土除了具备黄土的一般特征外，粒度成份以粉土颗粒为主，约占50%以上，具有肉眼可见的孔隙，它呈松散、多孔结构状态，孔隙比很大，天然剖面上具有垂直节理，含可溶盐(碳酸盐、硫酸盐类等)较多。垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失的土颗粒间的加固凝聚力是它发生湿陷的内部因素，而压力及水是外部条件。关于黄土湿陷性的鉴别，地基湿陷程度的判别，可以室内压缩实验为主，并以此提出工程上评价湿陷性的定量指标。湿陷系数δs。　黄土压缩实验曲线图图中：h0—土样的原始高度(m)；hp—土样在无侧向膨胀条件下，在规定22实验压力P的作用下压缩稳定后的高度(m)；hp′—对在压力作用下的土样进行浸水到达湿陷稳定后的土样高度(m)。湿陷系数δs为单位厚度土层由于浸水在规定，压力产生的湿陷量，它定量地表示了土样所代表黄土层的湿陷程度，所以规范规定，在一定压力作用下，δs≥0.015时应定为湿陷性黄土，否则应定为非湿陷性黄土。另外，黄土的湿陷性与所受的压力大小有关，使黄土产生湿陷临界压力称为湿陷起始压力Ps不同的黄土其Ps不同。若Ps小于上覆土的饱和自重时，则该土层在上覆土层自重压力的作用下受水即刻发生湿陷，称为自重湿陷性黄土。如果土的Ps大于上覆土的饱和自重，则土层在上覆土自重压力作用下，并不发生湿陷，称为非自重湿陷性黄土。为了正确反映湿陷性黄土地层的湿陷程度，并联系结构物和地基实际，合理地采用有效的防护措施，可用地基内各土层的湿陷系数，求得地基的计算湿陷量△s。△s＝∑δsi﹕i×hi式中：δsi﹕i—地基内第I层湿陷性黄土的湿陷系数；hi—第I层湿陷性黄土的厚度(m)。湿陷性黄土地基的湿陷等级地基的计算湿陷量(m)湿陷等级0.05＜△s≤0.15Ⅰ0.15＜△s≤0.35Ⅱ△s＞0.35Ⅲ△s只是湿陷性黄土地基的定性指标，它并不代表地基的真实湿陷量。由于我国黄土上部土层的湿陷性比下部土层大，而地基上部土层受水浸湿的可能性又较大，因此在上式中地基的计算湿陷土层厚度一般定为从基底算起至其下5m为止。由于被地下水浸泡的那部分黄土层一般不具有湿陷性，当5m内已见地下水，则算至平均年地下水位为至。在5m深度内如有非湿陷性黄土层，则不将此层土的湿陷量累计在内。湿陷性黄土地基的湿陷等级越高浸水后可能产生的湿陷量就越大，对结构物的危害也越大，因此TRANBBS设计措施要求也越高。另外，我国建筑规范还规定当基底下面土层包含有自重湿陷性黄土，可按下式判别是否属自重湿陷性地基。△zs＝∑δ2si×hi式中：△zs—地基的计算自重湿陷量(m)；﹝si—第I层土在上覆土的饱和自重压力下，测得自重湿陷系数；hi—第I层土的厚度(m)。上式计算深度可自基础底面算至基下10m为止。但其中△zs﹝s＜0.015的土层不累计。根据大量的室内外试验对比确定，当△zs≤0.07m时可定为非自重湿陷性33黄土地基；△zs＞0.11m时为自重湿陷性黄土地基；△zs为0.07—0.11m时，可结合当地实践经验确定。在黄土地区修建结构物，应首先考虑选用非湿陷性黄土地基，它较经济可靠，如确定基础位于湿陷性黄土上，则应尽量利用非自重湿陷性黄土地基，因为这种地基的处理与自重湿陷性黄土地基相比，要求较低。三、湿陷性黄土地基的处理方法湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，根据不同的地基土质和不同的结构物，地基处理应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、类别后，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。所采用的有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩法等。本文根据近几年在建设中所见所闻，浅述一些自己的看法和建议与同行共同讨论。湿陷性黄土地基常用的处理方法处理方法适用范围一般可处理（或穿透）基底下的湿陷性土层厚度（m）垫层法地下水位以上局部或整片处理1～3强夯法Sr＜60%的湿陷性黄土，局部或整片处理3～6土（灰土）挤密桩法地下水位以上局部或整片处理5～15桩基础基础荷载大，有可靠的持力层≤30预浸水法Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷性黄土场地，6m以上，尚应采用垫层法处理可消除地面下6m以内全部土层的湿陷性单液硅化或碱液加固法一般用于加固地下水位以上的既有建筑物地基一般小于10m，而单液硅化加固的最大深度可达20mSr为加固范围内气体体积（一）灰土和素土垫层法1.将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度，然后以灰土或素土分层回填夯实。垫层厚度一般为1.0～3.0m。它消除了垫层范围内的湿陷性，减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷，可以使地基的自重湿陷表现不出来。这种方法施工简易，效果显著，是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法，经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到300KPa(素土垫层可达200KPa)且有良好的均刀性。素土垫层或灰土垫层又可分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用素土垫层。除要求消除基底下处理土层的湿陷性外，并要求提高土的承载力和水稳定性时，宜采用灰土垫层。局部垫层一般设置在矩形（或方形）基础或条形基础底面下，主要用于消除44地基的部分湿陷量，并可提高地基土的承载力。根据工程实践经验，局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边的宽度不应小于其厚度的一半，即使地基后，地面水仍可从垫层侧向渗入下部为处理的湿陷性土层而引起湿陷，故对有防水要求的建筑物不得采用。整片垫层一般设置在整个建筑物（跨度达的厂房除外）的平面范围内，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，并不得小于2m。整片垫层的作用是消除被处理土层的湿陷量，以及防止生产和生活用水从垫层上部或侧向渗入下部未经处理的湿陷性土层。2.土（素土）和灰土垫层设计和施工①、局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边的宽度，可按下式计算确定，并不应小于垫层厚度的一半：B=b+2ztanθ+c式中B——需处理土层底面的宽度（m）；b——条形（或矩形）基础短边的宽度（m）；z——基础底面至处理土层底面的距离（m）；c——考虑施工机具影响而增设的附加宽度，且为0.2m；θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角，宜为22°～30°，用素土处理宜取小值，用灰土处理宜取大值。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，并不应小于2m。③、垫层的承载力特征值，应通过现场荷载试验求得。若无试验资料时，对土垫层不宜超过180kPa；对灰土垫层不宜超过250kPa。④、素土土料中有机物质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。灰土的体积比宜为2∶8或3∶7。土料宜为黏性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有杂质，并应过筛，其粒径不得大于15mm。灰土宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。⑤、垫层施工，应先将需处理的湿陷性黄土挖出，然后利用黄土或其他黏性土作土料，过筛后，在最优含水量状态下分层回填夯实至设计标高。素土及灰土垫层分段施工时，不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝。上、下两层的缝距不得大于50mm，接缝处应夯压密实，夯土应拌合均刀并应当日铺填夯压，灰土夯实后3天内不得受水浸泡。垫层竣工后，应及时进行基础施工与基坑回填。3.施工中应注意的问题：(1)地基土的含水量，对于含水量较大，或曾局部基坑进水者，要采取相应的措施(如凉晒等)，严格控制灰土(或素土)的最佳含水55量，对接近最佳含水量时，宁小勿大，偏大时土体强度则显著下降，变形明显增大。(2)垫层处理的宽度要达到规范要求，使碾压设备能充分碾压到位，还使形成的垫层压实度产生差异。(3)严把质量关，施工中碾压分层的厚度不宜大于30cm，并逐层检测压实度，达到设计规范要求。（二）强夯法1.强夯法亦称动力固结法，通过重锤的自由落下，对土体进行强力夯实，以提高其强度，降低其压缩性，该法设备简单，原理直观，适用广泛，特别是对非饱和土加固效果显著。这种方法加固地基速度快，效果好，投资省，是当前最经济简便的地基加固方法之一。用强夯法处理颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水渠道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度会逐渐得到提高。饱和土是可压缩的新机理归纳为以下四点：①、饱和土的压缩性由于土中有机物的分解，第