黄土地基处理-

黄土地基处理目录CONTENTS1概述Summarize2工艺机理Processmechanism3设计措施Designmeasures4Treatmentmethod5典型案例分析Typicalcaseanalysis处理方法1概述Summarize1.概述1.1黄土的特征与分布：湿陷性黄土：黄土的一种，天然黄土在一定的压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度随之降低，称为湿陷性黄土（湿陷系数𝛿s=0.015)。湿陷性黄土分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。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为自重湿陷性黄土。若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷载共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。黄土在世界上分布相当广泛，占全球陆地面积的十分之一，成东西向带状断续地分布在南北半球中纬度的森林草原、草原和荒漠草原地带。中国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家，其范围北起阴山山麓，东北至松辽平原和大、小兴安岭山前，西北至天山、昆仑山山麓，南达长江中、下游流域，面枳约63万平方公里。其中以黄土高原地区最为集中，占中国黄土面积的72.4％，一般厚50～200米(甘肃兰州九洲台黄土堆积厚度达到336米)，发育了世界上典型的黄土地貌。我国西北的黄土高原是世界规程最大的黄士高原，华北的黄土平原是世界上规模最大的黄土平原。分布1.概述1.2黄土地基引发的工程地质问题（以铁路为例）：铁路工程建设地基湿陷性问题边坡稳定性问题填料改良问题黄土隧道变形问题桩基负摩阻力问题图1-1道路建设中的黄土地基1.概述1.3黄土地基处理目的：湿陷性黄土地基处理主要取决于湿陷性黄土的特殊性质，湿陷性黄土地基的变形包括压缩和湿陷性两种。当基底压力不超过地基土的容许承载力时，地基的压缩变形很小，大都在其上部结构的容许变形值范围以内，不会影响建筑物的安全和正常使用；湿陷变形是由于地基被水浸湿引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生，且不均匀，对建筑物破坏性大，危害严重。因此对湿陷性黄土地区的建筑物不论地基承载力是否达到容许承载力都应对地基进行处理，前者以消除湿陷为目的，后者以提高承载力为主，同时应消除黄土的湿陷性。1.概述1.4黄土地基处理方法：常见方法机理适用范围垫层法把基础下一定深度的湿陷性黄土换填成好的土层，以减小建筑物的沉降，提高地基承载能力。地下水位以上，局部或整片处理，可处理的湿陷性黄土层的厚度为1~3m挤密法采用冲击或振动把圆柱形的钢质桩管打入原地基，拔出后形成桩孔，然后将准备好的素土、灰土、石灰土、水泥土等物料进行回填，并分层进行夯实，直至设计标高。通过土的横向挤压，从而使得桩间土挤密，提高地基承载力。地下水位以上，且饱和度≤65%的湿陷性黄土，可处理的湿陷性黄土层厚度为5~15m强夯法指通过重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结，从而增大压实度，提高软弱地基的承载力。地下水位以上，饱和度≤60%的湿陷性黄土，可处理的湿陷性黄土层厚度为3~12m化学固结法指通过使用化学材料来达到软土地基排水固结的目的，从而增强地基的稳定性。适具体工艺而定2工艺机理Processmechanism2.1黄土地基湿陷的原因与影响因素：内在原因：黄土的结构特征及物质成分如黄土的湿陷性到非湿陷性的过渡是通过粘粒含量的增加而确定的，黄土湿陷主要由结构性和压缩性两个力学性质决定。外在原因：受水浸湿如管道漏水，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位上升图2-1黄土地基湿陷原因1•干旱或半干早的气候是黄土形成的必要条件2•黄土受水浸湿后，結合水膜増厚进入颗粒间3•黄土中胶结物的多寡和成分，以及颗粒的组成和分布，对黄士的结构特点和湿陷性的增强有着重要的影响4•黄土的湿陷性和孔隙比，含水率以及所受压力的大小有关图2-2黄土地基湿陷影响因素2.1黄土地基处理工艺机理：一、改善土的性质和结构，进而提高地基承载力二、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3设计措施Designmeasures3.1设计措施种类防水措施结构措施地基处理措施一、地基处理措施常见方法有垫层、重锤夯实、强夯、土（或灰土）桩挤密和深层孔内夯扩等，可以完全或部分消除地基的湿陷性，或采用桩基础或深基础穿透湿陷性黄土层，使建筑物基础坐落在密实的非湿陷性土层上，保证建筑物的安全和正常使用。二、防水措施常见方法有场地排水、地面防水、排水沟和管道的排水、防水等，可以防止大气降水、生产和生活用水等浸入地基，是湿陷性黄土地区建筑物设计中不可缺少的措施。三、结构措施指结构形式尽可能采用简支梁等对不均匀沉降不敏感的結构。改变结构形使刚度增加；对长度大且体形复杂的建筑物，采用沉降缝將其分为若干独立单元，从而使建筑物适应或减少不均匀沉降所造成的危害。在桥梁工程中，对较高的墩、台和超静定结构，应采用刚性扩大基础、桩基础或沉井等型式，并将基础底面设置到非湿陷性土层中。对一般结构的大中桥梁，重要的道路人工构造物如属Ⅱ级非自重湿陷性地基或各级自重湿陷性黄土地基也应将基础置于非湿陷性黄土层或对全部湿陷性黄土层进行处理并加强结构措施;如属级Ⅰ非自重湿陷性黄土也应对全部湿陷性黄土层进行处理或加强结构措施。小桥涵及其附属工程和一般道路人工构造物视地基湿陷程度，可对全部湿陷性士层进行处理，也可对地基的部分湿陷性土层进行处理或仅采取结构措施。3.2不同建筑物类别的处理措施：按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。前者对于非自重湿陷性黄土地基，应自基底处理至非湿陷性土层顶面(或压缩层下限)，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。后者指处理基础底面以下适当深度的土层，因为该部分土层的湿陷量一般占总湿陷量的大部分。这样处理后，虽发生少部分湿陥也不致影响建筑物的安全和使用。处理厚度视建筑物类别，土的显陷等级、厚度，基底压力大小而定，一般对非自重湿陷性黄土为1-3m,自重湿陷性黄土地基为2-5m.3.3不同处理厚度的处理措施：4处理方法Treatmentmethod4.1地基处理措施图4-1垫层法清理、平整场地做预拱压实铺砂垫层静压铺土工格栅填土施工流程1）垫层法4.1地基处理措施图4-2振动挤密法清除松动层满足要求后底面层碾压施工验收施工开始施工流程2）挤密法4.1地基处理措施→平整场地→标第一遍夯点位置，并测场地高程→起重机就位，夯锤置于夯点位置→测量夯前锤顶高程→将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程→重复上步，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击→换夯点，重复上述步骤，完成第一遍全部夯点的夯击。施工流程图4-3强夯法3）强夯法4.1地基处理措施常见的主要有灌浆法、高压喷射注浆法、深层搅拌法等方法。灌浆法：埋设灌浆嘴（盒、管）→封缝→密封检查→配制浆液→灌浆→封口结束→灌浆质量检查。高压喷射注浆法：钻机就位→钻孔→插管→喷射作业→冲洗→移动机具。深层搅拌桩法：定桩位→安装桩机→制备水泥浆液→预搅下沉→提升喷浆搅拌→重复上下搅拌→清洗→横（或后）移对位、调平，进入下根桩施工→搅拌桩顶部与上部结构的基础或承台接触部分视情况可增加水泥浆量或增加搅拌一次。图4-4化学固结法施工流程4）化学固结法4.1地基处理措施预浸水法是在建筑物修建之前，对自重湿陷性黄土场地进行大面积浸水，使土体在饱和自重压力下发生自重湿陷、产生压密，以消除距地表4～5m深度以下全部黄土层的白重湿陷性。上部4～5m厚的土层作为被动层.不产生自重湿陷，但仍具有外荷湿陷性，需另作处理。预浸水法的优点是施工简便，费用低廉，处理范围广、深度大、效果好。同时能消除地下暗缝、洞穴、墓坑等不良工程隐患。因此，特别适用于自重湿陷性土层厚、自重湿陷性强的黄土场地。对于自重湿陥性土层厚度大于10m。自重湿陷量超过50m的场地，均可采用预浸水法进行处理。预浸水法的浸水影响范围较大，其影响范围与湿陷性土层的厚度和土性有关，国内浸水试验资料表明，厚度大于15m的自重湿陷性黄土，浸水影响范围一般为湿陷性黄土层厚度的1～2.6倍。因此，浸水坑与已有建筑物之间的净距，不易小于自重湿陷性土层厚度的3倍，同时，也不宜小于50m;并应防止浸水对附近建筑物和场地边坡的稳定性所造成的不良影响。预浸水法用水量大、工期长。因此，预浸水法只能在具备充足水源.又有较长施工准备时间的条件下采用。5）预浸水法4.1地基处理措施湿陷性黄土地基采用桩基础的目的，是将一定长度的桩穿透湿陷性黄土层，支承在坚实的非湿陷性土层上，使上部的荷载通过桩传人桩端坚实土层上。桩基础的优点是即使地基受水浸湿，也能完全避免湿陷对建筑物的危害。适用于基础荷载大，有可靠的持力层的地基，土层厚度不大于30m。湿陷性黄土地区的桩基础，基本上都属于端承桩。天然湿陷性黄土中的桩基础，虽然桩侧正摩阻力值较大，但是，对于自重湿陷性黄土地基，浸水后桩周土将相对下沉。不仅使桩侧正摩阻力基本消失，而且还会产生负摩阻力，于是桩所承受的荷载，包括负摩阻力在内，便完全由桩端土来承担。对于非自重湿陷性黄土地基。浸水后桩侧虽有一定正摩阻力存在，但由于土体过于饱和，摩阻力作用大为减弱，基本上以端承为主。因此，在湿陷性黄土地区的桩基础设计中单桩承载力的确定，应考虑桩側负摩阻力的影响。只要单桩承裁力满足要求，不需要验算群桩承载力。6）桩基础4.2防水措施(1)在建筑物的建设设计时，设置排水通畅地区，并且在合理的范围内将建筑物的设计标高进行适当的提高，这样能够有效的保证散水的标高高于周围的地面，不会对建筑物周围的地面产生作用。如果建筑物必须要在地势低洼的地区进行建设，则应当在设计方面采取相应的措施，做好防水准备；(2)建筑物与水渠、水塘、水池等应有一定的距离，以免地基土被浸润。(3)对于浴室、游泳场等用水量特别大的建筑物，采用防水措施后，如仍不能防止漏水，应适当增加它与临近建筑物的距离。4.2防水措施(4)建筑物周围必须铺筑散水（墙角护坡），以覆盖建筑物基槽，防止屋面雨水浸入地基。铺筑散水前必须非常注意回填土的质量，否则，浸水后回填土形成空洞，使散水折断，雨水浸入地基，发生湿陷。(5)散水外不宜设置雨水明沟，因为一旦排水明沟漏水，对地基土浸润较严重。必须设置排水明沟时，要注意防止漏水，并做好地基土的夯实和加大纵向坡度，以保证排水畅通。(6)管道应检查管材和接口的质量。对有可能影响地基的地下管道应增设检漏管沟和检漏井以便检修，及时发现隐患，杜绝事故的发生。4.3结构措施在湿陷性黄土地基上的建筑物在结构设计时应考虑当地基发生湿陷时建筑物仍能保持其整体性和稳定性，减少建筑物的不均匀下沉，并减轻建筑物的损坏程度。其结构措施主要为:①选择合理的结构和基础形式，以适应不均匀下沉；②加强结构的整体性和空间刚度，以减少不均匀下沉；③外墙建筑部件(结构)的强度，减轻湿陷的损害；④预留适当净空，以适应湿陷变形。5典型案例分析Typicalcaseanalysis5.1南水北调中线禹州—长葛段一期总干渠工程1）工程概况南水北调中线一期工程总干渠禹州—长葛段黄土状土主要指第四系上更新统形成的次生黄土，沿渠线累计分布长度约52.9km，约占渠道总长度的98.5%，除颍河等较大河流河(沟)谷外，沿线地表基本上均有分布。岩性以冲洪积成因的中、重粉质壤土(alplQ3)为主，局部区段为坡洪积成因的重粉质壤土(dlplQ3)。根据黄土状土的湿陷等级和边坡情况，要求施工单位对湿陷性土地基进行了凸块振动碾、强、重夯或挤密土桩等处理措施，局部采用黏性土换填，消除其湿陷性，进而不影响渠坡的稳定性。2）工程处理措施根据该工程具体情况，拟采用强夯法处理填方渠段的地基。但对于从村庄附近穿过的局部渠段，为减少强夯振动对房屋及构筑物的影响，宜采用土挤密桩处理措施。禹州－长葛段湿陷性黄土分布长度52.853km，需进行处理的渠38.438km。其中，采用土挤密桩处理的有11段，累计长4.99km，