湿陷性黄土基础处理设计

湿陷性黄土地基处理设计

湿陷性黄土在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水侵湿时，土的强度显著降低，在饱和土的自重压力下或在附加压力和自重压力共同作用下，往往具有突然下降的性质。工程实践表明，当工业与民用建（构）筑物的地基不处理或处理不足时，建筑物在使用期间，由于各种原因的漏水或地下水位的上升，地基湿陷是经常发生的。因此，在湿陷性黄土地区进行建设，对建筑物的地基需要采取处理,以改善土的物理力学性质，减少或消除湿陷性黄土地基偶然侵水而引起的湿陷变形，保证建筑物的安全和正常使用。

湿陷性黄土地基处理常用的方法，在国内目前常用的方法有以下几种：（1）、土垫层法；（2）、夯实法；（3）、土（或灰土）挤密桩法；（4）、化学加固法；（5）、桩基础，等等。

（A组）1、某院综合楼，长32.7m，宽12.9m，采用条形基础，基础宽2 m，埋深1.5m。设计要求容许承载力为180kPa。该工程拟建场地为Ⅱ级自重湿陷性黄土，基底下湿陷性黄土厚度7.5m，湿陷量为38.12cm，压缩模量Es为3.3MPa，压缩系数a0.1~0.2为0.6MPa-1，属高压缩性土层，干土密度为12.8KN/m3，含水量w为0.18，天然孔隙比为1.0，天然地基承载力为120 kPa，桩侧摩阻力为80 kPa。该场地不能满足工程设计要求，为消除湿陷性，降低变形量，进行地基处理设计。

解：根据题设条件可选用两种方法：（一）、夯实法（强夯）；（二）、土桩及灰土桩挤密法。

（一）、夯实法（强夯）

1、强夯法概述

强夯法的加固原理是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实。这种冲击引起的振动在土中以波的形式向地下传播。强夯理论认为：压缩波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使土粒错位，土体骨架解散，而随后的剪切波使土颗粒处于更加密实的状态。

现在一般的看法是，地基经强夯后，其强度提高过程可分为：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密；土体液化或土体结构破坏；排水固结压密；触变恢复并伴随固结压密。

2、设计计算

强夯参数包括：有效加固深度、夯锤和落距、单点夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、相邻两次夯击遍数的间歇时间、加固范围和夯点布置等。

1>、有效加固深度

有效加固深度是选择地基处理的方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数，一般可按下列公式估算有效加固深度： H=αh

M*

式中：H——有效加固深度（本题中有效加固深度为7.5m），m；M——锤重，kN；h——落距，m；α——系数，对黄土其值可取0.34～0.5（在本题中其值可取为0.4）。

2>、夯锤（夯锤的形状、面积、高度）和落距的取值

一般国内夯锤可取10-25t，我国至今采用的最大夯锤为40t。本题的夯锤锤重可取为20t；夯锤的形状为正方形；面积取值为5.29m2夯锤的高度为0.93m。所以根据上述有效加固深度公式计算可知，落距可取18m。

3>、最佳夯击能

在黏土中，由于孔隙水的压力消散慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力亦相应的增加，因而在黏性土中，可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。

4>、夯锤加固范围

强夯和强夯置换处理范围应大于建筑物的基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为处理深度的1/2-2/3,并不宜小于3m（所以本题的边缘宽度取为4m）。

5>、夯击点的布置及间距

本题强夯夯击点的位置根据基地平面形状，采用正方形布置，强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.8倍，可取值为6.5m，第二遍夯击点位于第一遍之间，以后各遍夯击点间距应当适当的减少。

6>、夯击遍数的确定

夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加最后再以低能量满夯两遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：

（1）、最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000KN·m 时为50mm；当单击夯击能为4000～6000KN·m时为100mm；当单击夯击能大于6000KN·m时为200mm。（2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起。（3）不因夯坑过深而发生提锤困难。

3、施工工艺

强夯法的施工要点包括以下：

（1）、试夯

施工前，应根据初步确定的强夯参数，在现场有代表性的场地上进行试夯，并通过测试，与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，以便最后确定工程采用的各项强夯参数

（2）、平整场地

预先估计强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定夯前地面高程，然后用推土机平整。同时应认真查明强夯场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高，尽量避开在其上进行强夯施工。

（3）、铺设层或降低地下水位

遇到地表为细粒土，且地下水位高的情况，有时需要在表层铺设0.2～2m 左右厚的松散性材料或人工降低地下水位，以使地表形成硬层，可以支承起重设备，确保机械通行和施工。

（4）、强夯施工

其加固顺序位先深后浅，即先加固深层土，再加固中层土，最后加固表层土。根据此加固顺序，在最后一遍夯击完成后，用推土机将夯坑填平。

4、施工设计图：根据理正岩土软件计算可知，其设计图如下所示

分别为平面图和剖面图，见下图所示

（二）土桩及灰土桩挤密法

1、土桩及灰土桩挤密法概述

土桩及灰土桩挤密法是利用成孔时的侧向挤压作用，使桩间土得以挤密：随后将桩孔用素土或灰土分层夯填密实，前者称为土桩挤密法，后者称为灰土桩挤密法，其共同点是对土的侧向深层挤密加固。土桩或灰土桩挤密地基均属于人工复合地基，其上部荷载由桩体和桩间挤密土共同承担。

土桩和灰土桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土或杂填土地基。处理深度宜为5～15m。当以消除地基土湿陷性为主要目的时，宜选用土桩法，当以提高地基的承载力为主要目的时，宜选用灰土桩法（本题采用土桩）。