湿陷性黄土地基处理方案

1、概述

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与湿陷性两种,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与正常使用。湿陷变形就是由于地基被水浸湿引起的一种附加变形,往往就是局部与突然发生,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就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。

我国湿陷性黄土分布很广,各地区黄土的差别很大,地基处理时应区别对待,并结合以下特点:1)湿陷性黄土的地区差别,如湿陷性与湿陷敏感性的强弱,承载能力及压缩性的大小与不均匀性的程度等;2)建筑物的使用特点,如用水量大小,地基浸水的可能性;3)建筑物的重要性与其使用上对限制不均匀下沉的严格程度,结构对不均匀下沉的适应性;4)材料及施工条件,以及当地的施工经验。湿陷性黄土的地基处理措施就是采用机械手段对基础的湿陷性黄土进行加固处理,或更换另一种材料改变其物理性质,达到消除湿陷性、减少压缩与提高承载能力的目的,其中大多以第一个目的即消除湿陷为主。

湿陷性黄土的地基处理,在处理深度与处理范围上区分:1)浅处理,即消除建筑物地基的部分湿陷量;2)深基础处理,即消除建筑物

地基的全部湿陷量,这种方法包括采用桩基础或深基础穿透全部的湿陷性黄土层。

在湿陷性黄土地区设计措施,主要有地基处理措施、防水措施与结构措施三种。

地基处理的常用方法有垫层、重锤夯实、强夯、土(或灰土)桩挤密与深层孔内夯扩等,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性土层上,保证建筑物的安全与正常使用。

防水措施使用以防止大气降水、生产与生活用水以及浸入地基,其中包括场地排水、地面的防水、排水沟与管道的排水、防水等,就是湿陷性黄土地区建筑物设计中不可缺少的措施。

结构措施的作用就是使建筑物适应或减少不均匀沉降所造成的危害。

在湿陷性黄土地区,国内外使用较多的地基处理方法:重锤表层夯实、强夯、垫层、挤密桩复合地基、垫处理、预浸水、爆扩桩、化学加固与桩基础等。近年来,深层孔内夯扩挤、高压旋喷注浆法,以及复合载体夯扩桩等也得到推广使用。

目前我国以重锤表层夯实、土(或灰土)垫层、强夯、深层孔内夯扩、高压注浆固结土(或灰土)挤密桩复合地基、桩基础应用较多,经验比较丰富,对于其她的处理方法则应用较少,或未使用过。化学加固则多用于湿陷事故处理,从国外情况来瞧,与我国不同,保加利亚多采用水泥土垫层、混凝土挤密短桩,俄罗斯等国认为当处理厚

度大于12m的黄土时,热处理与预浸水与水下爆扩相结合都比桩基础经济,根据我国经验,灰土垫层、灰土(或土)挤密桩可分别适用于处理3m左右与10m左右厚的湿陷性黄土层的湿陷性,10m以上可采用深层孔内强夯以及桩基础等。预浸水法可用于处理厚度大、自重湿陷性强烈的湿陷性黄土场地,但该方法处理后距地表一定深度内的土层应具有湿陷性,必须采用其她方法另作处理。

总之,在具体选用湿陷性黄土的处理方法时,应根据建筑场地的湿陷性类别、湿陷等级、以及地区特点,首先考虑因地制宜与就地取材等原则,并根据施工技术可能达到的条件,经过技术经济对比予以选用,必要时可几种方法综合考虑使用。

2、湿陷性黄土的加固机理

2、1 湿陷性黄土的分布及特征

我国湿陷性黄土的分布面积约占我国黄土总面积的60%左右,大部分分布在黄河中游地区,北起长城附近,南达秦岭,西自乌鞘岭,东至太行山,除河流沟谷切割地段与突出的高山外,湿陷性黄土几乎遍布本地区,面积达27万平方公里,就是我国黄土的典型分布。除此以外,在山东中部、甘肃河西走廊,西北内陆盆地、东北松辽平原等地有零星分布,面积一般较小,且不连续,湿陷性黄土一般都覆盖在下卧的非湿陷性黄土层上,其厚度为六盘山以西地区较大,最大达30m,六盘山以东地区稍薄,例如渭河谷的湿陷性黄土厚度多为几米到几十米,向东至河南西部则更小,并且常有非湿陷性黄土层位于湿陷性黄土层之间。

湿陷性黄土的最大特点就是:在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下,受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉,这种现象称为湿陷,它与自重湿陷性黄土一般土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增加的现象不同。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大,因此其湿陷性也有较大差别,有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷,而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力与附加压力共同作用下产生湿陷。前者称为自重湿陷性黄土,后者称为非自重湿陷性黄土,一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力,可瞧作黄土受水浸湿后的结构强度。当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时,土就开始产生湿陷。反之,如小于这一压力,则黄土只产生压缩变形,而不发生湿陷变形。

湿陷变形不同于压缩变形,通常压缩变形在荷载施加后立即产生,随着时间的增长而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基来说,(不包括饱与黄土与新近堆积的黄土),压缩变形在施工期间就能完成一大部分,竣工后三个月到半年即基本趋于稳定。而湿陷变形的特点就是:变形量大,常常超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍;发生快,一般在浸水1-3小时就开始湿陷。就一般的湿陷事故而言,往往在1-2天内就可能产生20-30cm的变形量,这种量大、速率快而又不均匀的变形往往使建筑物发生严重变形甚至破坏。而湿陷的出现完全取决于受水浸湿的机率,有的建筑物在施工期间即产生湿陷事故,而有的则在几年甚至几十年后才出现湿陷事故。

湿陷性黄土湿陷变形的主要指标:湿陷系数,湿陷的起始压力与湿陷的起始含水量,其中以湿陷系数最为重要。湿陷系数就是单位厚度土样在土自重压力或自重压力与附加压力共同作用下浸水所产生的湿陷量。它的大小反映了黄土对水的敏感程度,湿陷系数越大,表示土受水浸湿后的湿陷量越大,因而对建筑物的危害越大,反之,则小。

湿陷性黄土湿陷系数一般通过室内压缩仪进行测试,并按下式计算湿陷系数的δs :

e e e h h h p p p p s 00'='=--δ (26、2、

1)

式中:h p 为土样在压力p 作用时下沉稳定后的高度;h p '为上述

加压稳定后的土样,在浸水作用下,下沉稳定后的高度;h 0为土样的

原始高度;e p 为土样在压力p 作用下下沉稳定后的孔隙比;e p '为上述加压稳定后土样在浸水作用下下沉稳定后的孔隙比;e 0为土样的

原始孔隙比。

湿陷系数在工程中主要用于:1)判别黄土的湿陷性;2)鉴别湿陷性黄土湿陷性的强弱;3)预估湿陷性黄土地基的湿陷量。

对黄土湿陷性的判别,按现行黄土规范,以0、015作为界限值,大于或等于0、015,则定为湿陷性黄土,小于0、015则定为非湿陷性黄土。利用湿陷系数,可大致判断湿陷性黄土湿陷性的强弱,一般认为,δs ≤0、03为弱湿陷性,0、03＜δs ≤0、07为中等湿陷性;